ガス除害装置
【課題】 （１）小型で、効率よく、有害ガスを除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる、アンモニア分解装置を提供する。
【解決手段】 アンモニア分解装置１０は、対をなす電極２，３、および該対をなす電極に挟まれる電解質１で構成されるＭＥＡを備え、対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路１１，１２が設けられ、そのうち少なくとも化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部Ｔが設けられており、その折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体７または８で占められていることを特徴とする。
【解決手段】 アンモニア分解装置１０は、対をなす電極２，３、および該対をなす電極に挟まれる電解質１で構成されるＭＥＡを備え、対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路１１，１２が設けられ、そのうち少なくとも化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部Ｔが設けられており、その折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体７または８で占められていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス除害装置であって、より具体的には、空気、廃ガス等に含まれる有害ガスを、効率よく、低圧損で分解することができる、ガス除害装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアは農業や工業に不可欠の化合物であるが、ヒトには有害であるので、水中や大気中のアンモニアを分解する方法が、多く開示されてきた。たとえば、高濃度のアンモニアを含む水からアンモニアを分解除去するために、噴霧状のアンモニア水を空気流と接触させて空気中にアンモニアを分離して、次亜臭素酸溶液または硫酸と接触させる方法が提案されている（特許文献１）。また、上記と同じプロセスで空気中にアンモニアを分離して触媒により燃焼させる方法の開示もなされている（特許文献２）。また、アンモニア含有排水を触媒を用いて分解して、窒素と水とに分解する方法が提案されている（特許文献３）。アンモニア分解反応の触媒については、遷移金属成分を含む多孔質カーボン粒子、マンガン組成物、鉄−マンガン組成物（特許文献３）、クロム化合物、銅化合物、コバルト化合物（特許文献４）、アルミナ製３次元網状構造体に担持された白金（特許文献５）などが公表されている。上記の触媒を用いた化学反応によってアンモニアを分解する方法では、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑えることができる。さらに、触媒に二酸化マンガンを用いることによって、１００℃以下で、より効率的にアンモニアの熱分解を促進する方法も提案されている（特許文献６、７）。
上記のように、多量のアンモニアの分解をするケースと異なり、廃ガス中の臭気成分であるアンモニア等を、ｐｐｍオーダーまで分解することを主目的とする除害装置がある。たとえば半導体製造装置の廃ガスには、アンモニア、水素等が含まれるのが普通であり、アンモニアの異臭を完全に除去するには、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、薬品を含む水分に有害ガスを吸収させる。有害成分を含む水分の処理は、所定の廃棄物処理施設において、上述の方法を含む別の方法で処理することができる。
また、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、水素酸素燃料電池型分解方式を用いた、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８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３１９６６号公報
【特許文献２】特開平７−１１６６５０号公報
【特許文献３】特開平１１−３４７５３５号公報
【特許文献４】特開昭５３−１１１８５号公報
【特許文献５】特開昭５４−１０２６９号公報
【特許文献６】特開２００６−２３１２２３号公報
【特許文献７】特開２００６−１７５３７６号公報
【特許文献８】特開２００３−４５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の中和剤などの薬液を用いる方法（特許文献１）、燃焼する方法（特許文献２）、触媒を用いた熱分解反応による方法（特許文献３〜７）などによれば、アンモニアの分解は可能である。スクラバーについても、アンモニア等の除害はｐｐｍオーダーまで可能である。しかし、上記の方法では、薬品や外部エネルギー（燃料）を必要とし、さらに触媒の定期的交換やメインテナンスを要し、ランニングコストが高いという問題がある。とくに構成部材について長期間にわたってメインテナンスフリーは許容されない。また、装置が大掛かりとなり、たとえば既存の設備に付加的に設ける場合に配置が難しい場合も生じる。水素酸素燃料電池型分解方式についても、ｐｐｍオーダーまで除害を徹底させると、燃料極において排気ガスの長い流路が必要となり、圧力損失の増大→装置の大型化による圧力損失の抑制、が行われる。わが国では、装置の大型化は、実用上、大きな不利益をもたらす場合が多く、避ける必要がある。
【０００５】
本発明は、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる、ガス除害装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス除害装置は、気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する。このガス除害装置は、対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるＭＥＡを備え、対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路が設けられ、そのうち少なくとも化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部が設けられており、その折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体で占められていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、（Ｅ１）折り返し部付きの流路とすることで、小面積の装置全体を使って（流路を引きまわして）、面積当たりの効率を高めて、有害成分を無害レベルまで分解することができる。また、折り返し部は、気体の乱流化を促進する。さらに（Ｅ２）流路に金属多孔体を配置することで、有害成分を含む気体を通しながら素通りを防止して、当該気体の乱流状態を大きく促進する。気体を層流にして通過させるよりも、乱流とすることで、当該気体が両側電極に接する機会、時間等を長くすることができる。これによって、電極単位面積当たりの電気化学反応効率を高めることができる。この金属多孔体は、導電体なので電極の集電体として用いることができ、有害成分の分解に伴う電荷（電子）授受を円滑化することができる。これによって、電荷の流れが電気化学反応のネックになることを防止することができる。
折り返し部の数（ターン数）は、多いほど流路長を長くして有害成分の濃度減少に有益であるが、あまり多くすると圧力損失の増大を招き、ＭＥＡの変形を生じ、またエネルギー効率の劣化、騒音などを生じるおそれがある。
なお、上記の金属多孔体は、折り返し部付き流路だけでなく、対をなす逆極性の電極の流路にも、当該流路を占めるように配置されることができる。
上記の電気化学反応の継続におけるランニングコストは、ガス除害装置を８００℃程度に加熱するために要するヒータの電気代程度であり、メインテナンス費用などは不要である。このため従来のものに比較して、非常に低いランニングコストである。また、８００℃程度の加熱、対をなす電極中の触媒、上記折り返し部付の流路などにより、効率よく大きな流量の気体の除害ができるので、大がかりな装置は不要である。
【０００８】
上記の金属多孔体が、金属めっき体であり、気孔率が９５％以上のものとすることができる。これによって、金属粒子や金属繊維を圧粉成形して焼結したものよりも格段に良好な通気性を得ることができる。気孔率が９５％未満では、圧力損失が大きくなり、ポンプ等による強制循環をするとエネルギー効率が低下し、またイオン導電材等に曲げ変形等を生じて好ましくない。気孔率の上限はとくに設けないが、気孔率０．９８を超えると電気伝導性が低下して集電機能が低下する。
【０００９】
上記の金属多孔体の、孔径をｘ（ｍｍ）、比表面積をｙ（ｍ２／ｍ３）とするとき、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、を満たすことができる。これによって、上記（Ｅ２）の作用を得ながら、圧力損失の増大を防止することができる。圧力損失の増大をより厳しく防止するには、６００≦（ｘ−０．３）ｙとするのがよい。（ｘ−０．３）ｙの上限は、とくに設ける必要はないが、（Ｅ３）の作用を確保するために、たとえば３０００を上限とすることができる。
【００１０】
上記のＭＥＡは、２つ一組とされ、該一組のＭＥＡは、同じ極性の電極を対向させて、折り返し部を備える流路を、対向する同極性の電極に挟ませて、両側電極流路とすることができる。これにより、両側電極流路に、分解対象の化学成分（ガス）を含む気体を流して圧力損失の増大を防止しながら、予測以上の短流路で、有害成分を極低レベルまで電気化学反応で分解することができる。
【００１１】
上記の２つのＭＥＡにおいて、両側電極流路と反対側に、それぞれ、両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極に気体を導入する逆極流路を備え、両側電極流路の断面積が、２つのＭＥＡの逆極流路の断面積の大きいほうと等しいか、または大きい構成とすることができる。これによって、分解対象の有害成分を含む気体を、流量を高めながら圧力損失を軽減することができる。この場合、除害される化学成分は、極低レベルまで分解されて低濃度となるので（低濃度レベルでの分解反応が問題とされるので）、その電気化学反応で必要とされる相手側気体の量は少なくとも出口近くでは少量でよい。このため、有害化学成分を含む気体を流す両側電極流路の圧力損失の軽減を第一に考えて、全体の厚みをむやみに厚くしない条件を課すと、上記の構成が得られる。
【００１２】
２つのＭＥＡによって形成されるガス除害装置の組が、複数、積層され、隣り合う組同士、両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極が、対向して逆極流路を挟んでいるようにできる。これによって、部品点数を増やさず、簡単な構造のガス除害装置とすることができ、相手側気体の流通について圧力損失の低減を得ることができる。また、能率よく製造することができる。
【００１３】
複数の積層された組のＭＥＡの間に、絶縁仕切りシートを有しない構造とすることができる。これによって、部品点数の低減、ガス除害装置の薄肉化、圧力損失の低減などを得ることができる。
【００１４】
上記の折り返し部を有する流路にアンモニアを含む気体が導入され、流路と反対側の電極の流路に空気が導入されることができる。これによって、アンモニアを含む気体を効率よく、低いランニングコストで稼働させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス除害装置によれば、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンモニア分解装置の外観の斜視図である。
【図２】図１のアンモニア分解装置のアンモニア含有気体の流路を示す平面図である。
【図３】図１のアンモニア分解装置のアンモニア含有気体入口を含む部分断面図である。
【図４】図２のチャネルＣ１に対応する部分のＭＥＡ一つを含む部分の拡大断面図である。
【図５】アノードでの電気化学反応を説明するための図である。
【図６】カソードでの電気化学反応を説明するための図である。
【図７】アンモニア分解装置のカソード集電体およびアノード集電体のめっき多孔体を製造する方法を説明するための図である。
【図８】めっき多孔体に合金化処理を施す方法の具体例を示す図であり、（ａ）はアルミナイジングを、（ｂ）はクロマイジングを示す図である。
【図９】図７の方法で製造したＮｉめっき多孔体の比表面積と孔径との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるアンモニア分解装置のアンモニア含有気体の入口を含む断面図である。
【図１１】図１０のチャネルＣ１に対応する部分の一組のＭＥＡを含む部分の拡大断面図である。
【図１２】図１０のアンモニア分解装置のアノード側流路での電気化学反応を示す図である。
【図１３】並行的な積層構造のアンモニア分解装置のアノード側流路での電気化学反応を示す図である。
【図１４】図１０に示すアンモニア分解装置の２つのＭＥＡを一組として、多組積層構造の部分を示す図である。
【図１５】図１４の多組積層構造におけるカソード側流路での電気化学反応を説明する図である。
【図１６】並行的な積層構造を複数積み重ねたときの部分を示す図である。
【図１７】図１６の構造におけるカソード側流路での電気化学反応を説明する図である。
【図１８】実施例において、アンモニア分解装置の流路に沿うアンモニア濃度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１−片側電極構造−）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガス除害装置であるアンモニア分解装置１０を示す図である。このアンモニア分解装置１０では、電気化学反応とくに燃料電池反応によってアンモニア含有気体中のアンモニアを分解する。燃料電池の燃料極（以下、アノードと記す）には、アンモニア含有気体が入口６１から導入され、また空気極（以下、カソードと記す）には、空気が入口７１から導入される。これから説明する電気化学反応によって、アンモニア含有気体中のアンモニアは、窒素と水とに分解されて、その他の気体とともに出口６２から放出される。また、空気についても酸素が電気化学反応に関与して、残りの窒素等が出口７２から放出される。アンモニアが分解された後、出口６２から放出される気体中のアンモニア濃度はｐｐｍ以下のオーダーに除害される。
このように燃料に対応づけられる気体中の分解対象成分が、極低濃度レベルまで分解される点で、除害装置は、燃料電池と相違する。燃料電池では発電効率に注意が集中し、気体中の分解対象成分の濃度については、所定レベル以上あることを前提にしている。また、本実施の形態では、燃料に対応する気体中の成分が分解されるが、それに限定されず、たとえば空気に対応する気体が空気そのものではなく、他の成分（たとえばＮＯｘ）または当該成分を含む他の気体または空気中の、当該成分を分解するものであってもよい。このようなカソードに接する気体中の特定成分を分解する形態については、最後に表１において説明する。
図１において、図示しないアノードとアノード集電体を経て導電接続するアノード端子と、カソードとカソード集電体を経て導電接続するカソード端子とから、電力の取り出しが可能である。このアンモニア分解装置１０は、実用的な電気化学反応速度を得るために、８００℃程度に加熱される。カソード端子とアノード端子とから取り出した電力を、この加熱用のヒータに供給してもよい。カソード端子とアノード端子との間に、どのような負荷を入れるにしろ、アンモニア分解の電気化学反応を生起させ、持続するためには、アノードで生成した電子が、アノード端子からカソード端子へと、負荷を伝って電導する必要がある。
【００１８】
図２は、図１に示すアンモニア分解装置１０の流路を示す図である。この流路１２は折り返し部Ｔを持ち、交互に往復するチャネルＣ１〜Ｃ７を形成して、流路長を長くしている。折り返し部Ｔのある流路１２は、アノードにアンモニア含有気体を導入するためのアノード側流路１２であり、流路を占めるように、金属めっき体を骨格とする金属多孔体８が配置されている。この金属多孔体は、アノード集電体８を兼ねている。このアンモニア分解装置１０は、複数のＭＥＡが積層されて形成されているが、各ＭＥＡは、図示しない絶縁仕切りシートで仕切られている。図２に示す折り返し部Ｔを持つ流路に面するアノードと対をなすカソードには、空気が導入されるが、その空気が導入される流路については、折り返し部はなくてもよいが、折り返し部を設けてもよい。ここでは、空気を導入する流路についても、アンモニア含有気体が導入される流路と同様に、折り返し部Ｔを持つものについて説明する。
折り返し部Ｔを持つことで、ＭＥＡの面積は小さいまま、流路長を長くすることができ、上記気体中のアンモニア濃度を無害レベル、たとえばｐｐｍオーダーまで低減することができる。往復するチャネルを隔てるチャネル壁１５は、圧力損失を抑制するため、できるだけ薄くするのがよい。図２に示すアノード側流路１２では、折り返し部Ｔの数、すなわちターン数は６つである。ターン数を増やすほど流路長は長くなり、分解反応を長く起こさせることができるが、圧力損失が増大するので、許容できる範囲内とするのがよい。
【００１９】
図３は、図２のアンモニア含有気体の入口６１を含む部分の断面図である。図３では、チャネルＣ１等では気体は紙面に垂直に流れる。５枚のＭＥＡが、積層されている。各ＭＥＡのアノード側にはアノード集電体８が交互に往復するチャネルごとに、アノード側流路１２を占めるように配置されており、この流路に入口６１から導入されたアンモニア含有気体が流される。また、各ＭＥＡのカソード側にはカソード集電体７が、交互に往復するチャネルごとに、カソード側流路１１を占めるように配置されており、このカソード側流路１１に図２に示す入口７１から導入された空気が流される。一つの、アノード集電体８／ＭＥＡ／カソード集電体７を組として、各組の間は、絶縁仕切りシート１３で隔絶される。この絶縁仕切りシート１３は、アノードとカソードとの短絡防止、およびアンモニア含有気体と空気との隔絶のために必要である。アノード側流路１２では、アノードにおける電気化学反応は、流路を画する上下面のうち一方の面（図３では下面）でのみ行われ、またカソード側流路１１でも、カソードにおける電気化学反応は、流路を画する上下面のうち一方の面（図３では上面）でのみ行われる。これは、図３に示すＭＥＡの配置では、各流路１１，１２は、片側にのみ電極を持つ片側電極流路となるからである。本実施の形態は、片側電極流路をもつ片側電極構造の場合の例である。カソード集電体７はカソード端子７ａに、またアノード集電体８はアノード端子８ａに導電接続される。
アノード側流路１２およびカソード側流路１１には、それぞれの集電体を兼ねる金属多孔体が配置される。この金属多孔体には、導電性および通気性が求められ、とくに通気性については圧力損失を生じにくいことが求められる。このような圧力損失を抑制できる高い通気性を持つ金属多孔体は、金属粒子や金属繊維の焼結体では得にくい。上記の特性を備える金属多孔体として、たとえば三角柱状の骨格が３次元に連なって連続気孔を形成する金属めっきの金属多孔体があり、その典型材として、たとえば住友電気工業(株)製のセルメット（商標登録）を用いることができる。電気化学反応および金属多孔体については、このあと詳細に説明する。
【００２０】
図４は、幅はチャネルＣ１を含む部分であり、高さ（厚み）はＭＥＡ１枚の部分についての断面図である。酸素イオン導電性の電解質１をはさんで、アノード２と、カソード３とが、配置されている。アノード２の外側にはアノード集電体８が、また、カソード３の外側にはカソード集電体７が配置されている。アノード２は、表面酸化層を持つ金属粒連鎖体２１とイオン導電性のセラミックス（金属酸化物）２２とを主構成材とする焼結体であり、流体が流通できる多孔質体である。また、カソード３は、やはり流体が流通できる多孔質体であり、たとえば表面酸化層を持つ金属粒連鎖体３１と、イオン導電性のセラミックス３２と、銀（Ａｇ）３３とを主構成材とする焼結体とすることができる。アノード集電体８およびカソード集電体７は、ともに、上述の連続気孔を持つ金属多孔体とする。
電解質１は、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子、電解液など、イオン導電性があれば何でもよい。電解質１の材料については、あとで具体的に説明する。
図４において、アンモニア含有気体はチャネルＣ１（１２）を、金属多孔体のアノード集電体８によって乱流状態とされてアノード２に導入される。また空気は、カソード側流路１１を、金属多孔体のカソード集電体７によって乱流状態とされてカソード３に導入される。導入された空気またはアンモニア含有気体は、カソード３またはアノード２で所定の反応をした後、外部に放出される。この電気化学反応は、発電を伴う電気化学反応であり、アノード集電体８およびカソード集電体７から電力を取り出し、負荷に電力を供給することができる。負荷としては、アンモニア分解装置１０に内蔵される、図示しない加熱装置、たとえばヒータとすることができる。
アンモニア分解装置１０の場合、電解質１の酸素イオンの通過時間を短縮し、かつ各電極での電気化学反応速度も確保するために、要は全体の電気化学反応を促進するために、ヒータ等によって、たとえば６００℃〜９５０℃に加熱される（それ以外の温度で用いてもかまわない）。上述のように、カソード３およびカソード集電体７には、酸素原子を含む酸化力の高い気体が導入される。６００℃〜９５０℃の高温で酸化力の高い気体にさらされる金属は、特別な金属を除いて、当該気体によって酸化されてゆき、所定期間経過後に使用不能になる。カソード集電体が、使用不能になる形態は、酸化増量による目詰まり（通気性の低下、圧力損失の増大）、集電性能の低下、などである。カソードにおいても、高温酸化による同様の、通気性の低下、導電性の低下などが生じる。
アノード集電体などのアノード側は還元性の気体が流通するので、高温酸化の問題は生じにくい。
【００２１】
図５は、アノード２を構成する材料の役割を説明するための図である。アノード２は、表面酸化された金属粒連鎖体２１と、酸素イオン導電性セラミックス２２との焼結体で構成される。金属粒連鎖体２１の金属は、Ｎｉとするのがよい。Ｎｉに鉄（Ｆｅ）を少し含むものであってもよい。さらに好ましくはＴｉを２〜１００００ｐｐｍ程度の微量含むものである。
アノード２では、２ＮＨ３＋３Ｏ２−→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ＋６ｅ−のアノード反応によって、アンモニアはカソード３から電解質１を経てきた酸素イオンと反応して、窒素と水蒸気と電子とに分解される。上記のアノード反応は、酸化層２１ｂと、Ｎｉ粒連鎖体２１ａと、酸素イオン導電性セラミックス２２とが会合する個所において、生じる。アノード反応で生じた電子は、Ｎｉ粒連鎖体２１ａを導電して外部回路または負荷へと流れてゆく。Ｎｉ粒連鎖体２１ａは細長いので、電子伝導性に優れ、電子授受の面で、この電気化学反応の障害にならないようにする作用を奏する。分解反応後、窒素と水蒸気とは、未反応のアンモニアおよび残余の気体成分とともに、図２に示す出口６２から外部に放出される。電子は外部回路または負荷を経て、カソード３へと導電される。カソードでは、カソード反応、Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−によって、酸素イオンを生成して電解質１へと送りだす。
上述のようにアノード２内の表面酸化層付きＮｉ粒連鎖体２１は、カソード３におけるカソード反応と呼応してアノード反応を促進する強い触媒作用を有する。このため、単に高温でアンモニアを白金粒子等に接触させて分解するよりも、格段に効率のよい分解反応を生じさせることができる。
【００２２】
図６は、カソード３およびカソード集電体７を構成する材料の役割を説明するための図である。カソード集電体７は、上述の耐高温酸化性能を高めるために、連続気孔を持つ多孔体を、ニッケルもしくはニッケル合金で形成するか、またはニッケルもしくはニッケル合金の金属多孔体の表層が、（クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および他の金属）の少なくとも１種によって富化されるようにする。これによって耐高温酸化性能が強化される。
本実施の形態におけるカソード３は、空隙３ｈのある多孔体であり、酸化層を有するＮｉ等の金属粒連鎖体３１と、Ａｇ粒子３３と、酸素イオンを通すセラミックス３２とで構成される。この中で、Ａｇ粒子３３および酸化層付き金属粒連鎖体３１は、カソード反応Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−を大きく促進させる触媒機能を有する。Ｎｉ粒連鎖体３１ａは、カソード反応に与る電子の電導性に優れ、電子授受の面で制約にならない。
上記のＮｉ等の金属粒連鎖体３１については、カソード集電体と、同様に、高温酸化による触媒作用の劣化や電導性の劣化が生じる。このため、Ｎｉ粒連鎖体についても、金属部分の合金化や合金層の形成によって、耐高温酸化性能を向上させるのがよい。
【００２３】
つぎに、燃料電池を構成するＭＥＡの内容について説明する。ＭＥＡは、電解質１と、それを挟むアノード２およびカソード３とで構成される。電解質１は、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子、電解液など、イオン導電性があれば何でもよい。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、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウム安定化セリア）、ＬＳＧＭランタンガレート）などを用いるのがよい。
【００２４】
アノード２は、表面酸化されて酸化層を有する金属粒連鎖体２１と、酸素イオン導電性のセラミックス２２とを主成分とする焼結体とするのがよい。酸素イオン導電性のセラミックス２２としては、上述の、ＳＳＺ、ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭなどを用いることができる。
【００２５】
カソード３は、表面酸化されて酸化層を有するＮｉ粒連鎖体３１と、酸素イオン導電性のセラミックス３２と、銀（Ａｇ）３３と、を主成分とする焼結体とする。酸素イオン導電性のセラミックス３２として、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）、ＬＳＣ（ランタンストロンチウムコバルタイト）、ＳＳＣ（サマリウムストロンチウムコバルタイト）などを用いるのがよい。Ｎｉ粒連鎖体は、金属粒連鎖体の金属をＮｉとしたもので、製造が比較的容易であり、また既知である。また、Ｎｉ粒連鎖体の導電部（酸化層で被覆される金属部）は、Ｎｉのみでもよいし、ＮｉにＦｅを含ませたものでもよい。
【００２６】
１.集電体（金属めっきによる金属多孔体）
次に、アノード集電体８、およびカソード集電体７およびに用いられる、金属めっき体で形成された骨格を持つ、連続気孔の多孔体（以下、めっき多孔体と呼ぶ）の製造方法の一例について説明する。図７は、めっき多孔体の製造方法の一例を示す図である。図７において、まずウレタン等の樹脂に発泡処理を施し発泡させたものを準備する。次いで、発泡した気孔を連続する気孔連続化処理を行う。気孔連続化処理は、除膜処理と呼ばれる処理であるが、ポリウレタン発泡体のセル膜（気泡膜）を除去する公知の処理である。公知の除膜処理として、アルカリ濃厚溶液中にポリウレタン発泡体を浸漬して加水分解によりセル膜を溶解除去するアルカリ処理法や、浸透剤によってポリウレタン発泡体中に水を含浸させ、その水を１００℃以上に加熱して水の体積膨張でセル膜を破壊する湿潤過熱法や、ポリウレタン発泡体を密封容器に収容し、前記密封容器に水素、酸素の混合等からなるガスを充填して爆破させることによりセル膜を破壊させる熱処理（爆発法）などがある。上記の除膜処理によって、ポリウレタン発泡体はセル膜のほとんどが除去され、ほぼ骨格のみとなる。このあと、気孔内壁に、導電性炭素膜を付着させるか、または無電解めっき等により導電薄膜を形成する。次いで、電気めっきによって、金属めっき層を導電性炭素膜または導電薄膜上に形成する。この金属めっき層が気孔体の骨格となる。金属めっきはニッケルイオンを含むめっき液を用い、Ｎｉめっき層を形成するのがよい。Ｎｉは、上記の低温域で耐高温酸化性を有し、かつめっき層の形成が容易である。次いで、熱処理によって樹脂を消散させて、金属めっき層のみを残して、Ｎｉめっき多孔体とする。
カソード集電体７のように、より高温での耐酸化性能を得るためには、上述のように、Ｎｉめっき多孔体に対して合金化処理を施す。この合金化処理は、Ｃｒ、Ａｌ、その他の金属を外から表層に拡散導入することにより行われる。合金化を表層のみに止めて、合金化表層付きめっき多孔体とするのが普通であるが、中まで合金化する場合もある。また、図７には示していないが、めっき液にニッケルイオンおよび他の金属イオンを溶解させて、めっき体をニッケル合金とすることができる。そのように、直接、合金めっき層を形成することで、ニッケル合金の骨格を形成してもよい。
【００２７】
図８は、ＡｌまたはＣｒ添加処理の具体例を示す図である。図８（ａ）はアルミナイジング（Aluminizing）の具体例である。この方法では、Ｎｉめっき多孔体(図８（ａ）で「Ｍｅ」で表示)を、Ｆｅ−Ａｌ合金粉およびＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤とともに鋼製ケース内に埋め込む。次いで、ケースを密封して、その密封したケースを炉内に装入し、９００℃〜１０５０℃に加熱する。これによってＡｌ拡散浸透層を得ることができ、耐高温酸化性、耐摩耗性等を向上することができる。また、図８（ｂ）はクロマイジング（Chromizing）の具体例である。この方法では、Ｎｉめっき多孔体（Ｍｅ）を、Ｃｒ粉、Ａｌ２Ｏ３粉およびＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤とともに、ケース内に埋め込む。ケース内にＨ２ガスまたはＡｒガスを通しながら、炉内にて９００℃〜１１００℃に加熱することで、Ｃｒ拡散浸透層を得ることができる。このＣｒ拡散浸透層も耐高温酸化性能を高めることができる。なお、図８では、アルミナイジングおよびクロマイジングともに、粉末法のみを示したが、気体法、溶融塩法など、既存の任意の方法を用いて、ＡｌまたはＣｒを拡散浸透することができる。
【００２８】
図７に示す方法で製造したＮｉめっき多孔体の、比表面積（ｙ：ｍ２／ｍ３）と孔径（ｘ：ｍｍ）との関係を図９に示す。図９の小黒丸が実測値である。孔径０．４５ｍｍ〜３．２ｍｍにわたって、上記の方法で製造することができる。実測値は、（ｘ−０．３）ｙ＝４００または６００の双曲線に比して、同じ孔径において大きな比表面積を持つ。（ｘ−０．３）ｙの値が大きいと、カソード集電体７に導入される気体と接触して、カソード３へと気体を乱流状態で送り込む機能を保持しながら、圧力損失を低くできる効果を生み出す。このため、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、とするのがよい。より好ましくは、６００≦（ｘ−０．３）ｙ、とするのがよい。孔径をあまり大きくする弊害（導電性の低下など）が生じるおそれがあるので、上限は３０００程度、より好ましくは２０００程度とするのがよい。
Ｎｉめっき多孔体では、気孔の大きさ、および、骨格の太さ（薄さ）を、それぞれ独立に調節することができる。このため、Ｎｉめっき多孔体は、十分な導電性、十分な乱流生成作用を得ながら、容易に圧力損失を低下させることができる。
【００２９】
２．カソードおよびアノードの金属粒連鎖体２１，３１
金属粒連鎖体２１，３１は、還元析出法によって製造するのがよい。この金属粒連鎖体２１，３１の還元析出法については、特開２００４−３３２０４７号公報などに詳述されている。ここで紹介されている還元析出法は、還元剤として３価チタン（Ｔｉ）イオンを用いる方法であり、析出する金属粒（Ｎｉ粒など）は微量のＴｉを含む。このため、Ｔｉ含有量を定量分析することで、３価チタンイオンによる還元析出法で製造されたものと特定することができる。３価チタンイオンとともに存在する金属イオンを変えることで、所望の金属の粒を得ることができる。Ｎｉの場合はＮｉイオンを共存させる。Ｆｅイオンを微量加えると、微量Ｆｅを含むＮｉ粒連鎖体が形成される。
また、連鎖体を形成するには、金属が強磁性金属であり、かつ所定のサイズ以上であることを要する。ＮｉもＦｅも強磁性金属なので、金属粒連鎖体を容易に形成することができる。サイズについての要件は、強磁性金属が磁区を形成して、相互に磁力で結合し、その結合状態のまま金属の析出→金属層の成長が生じて、金属体として全体が一体になる過程で、必要である。所定サイズ以上の金属粒が磁力で結合した後も、金属の析出は続き、たとえば結合した金属粒の境界のネックは、金属粒の他の部分とともに、太く成長する。アノード２またはカソード３に含まれる金属粒連鎖体２１，３１の平均直径Ｄは５ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の範囲とするのがよい。また、平均長さＬは０．５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲とするのがよい。また、上記平均長さＬと平均径Ｄとの比は３以上とするのがよい。ただし、これら範囲外の寸法を持つものであってもよい。
上記のカソード３の金属粒連鎖体３１は、たとえば低温域用のものとするのがよい。カソード集電体７と同様に、高温域用の金属粒連鎖体３１は、図５に示すような、アルミナイジングまたはクロマイジングのような合金化処理を施すのがよい。すなわち、６００℃〜９５０℃の高温域で使用するアンモニア分解装置１０のカソード３に含まれるＮｉ粒連鎖体３１は、耐高温酸化性のために、ＣｒまたはＡｌ等の富化層を設けるのが好ましい。金属多孔体を構成する合金のめっき体を、直接、めっきにより形成してもよい。
【００３０】
３．表面酸化
アノード２内のＮｉ粒連鎖体２１、ならびに高温域用および低温域用カソード３内のＮｉ粒連鎖体３１は、いずれも、電気化学反応を促進する触媒作用を高めるために、表面酸化されるのがよい。
表面酸化処理は、（ｉ）気相法による熱処理酸化、（ｉｉ）電解酸化、（ｉｉｉ）化学酸化の３種類が好適な手法である。（ｉ）では大気中で５００〜７００℃にて１〜３０分処理するのがよい。最も簡便な方法であるが、酸化膜厚の制御が難しい。（ｉｉ）では標準水素電極基準で３Ｖ程度に電位を印加し、陽極酸化することにより表面酸化を行うが、表面積に応じ電気量により酸化膜厚を制御できる特徴がある。しかし、大面積化した場合、均一に酸化膜をつけることは難しい手法である。（ｉｉｉ）では硝酸などの酸化剤を溶解した溶液に１〜５分程度浸漬することで表面酸化する。酸化膜厚は時間と温度、酸化剤の種類でコントロールできるが薬品の洗浄が手間となる。いずれの手法も好適であるが、（ｉ）または（ｉｉｉ）がより好ましい。
望ましい酸化層の厚みは、１ｎｍ〜１００ｎｍであり、より好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とする。ただし、この範囲外であってもかまわない。酸化皮膜が薄すぎると触媒機能が不十分となる。また、わずかな還元雰囲気でもメタライズされてしまう恐れがある。逆に酸化皮膜が厚すぎると触媒性は充分保たれるが、反面、界面での電子伝導性が損なわれ、発電性能が低下する。
【００３１】
４．焼結
アノード２またはカソード３に含まれるＳＳＺ２２またはＬＳＭ３２の原料粉末の平均径は０．５μｍ〜５０μｍ程度とする。表面酸化された金属粒連鎖体２１，３１と、ＳＳＺ２２，ＬＳＺ３２との配合比は、ｍｏｌ比で０．１〜１０の範囲とする。
焼結方法は、たとえば大気雰囲気中で、温度１０００℃〜１６００℃の範囲に、３０分〜１８０分間保持することで行う。
カソード３は、酸化層付き金属粒連鎖体３１、ＬＳＭ、Ａｇ粒子３３等の焼結体で構成される。Ａｇ粒子の平均径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍとするのがよい。銀と、ＬＳＭとの配合比は、０．０１〜１０程度とするのがよい。
連鎖状金属粉末の表面酸化の時期は、上記の焼結体形成の前でもよいし後でもよい。
【００３２】
本実施の形態のアンモニア分解装置１０では、流路に折り返し部Ｔを設け、また流路を金属めっきで形成した通気性の高い金属多孔体８，７で占めるようにする。これによって、小面積のＭＥＡまたは反応部であっても、流路長を長くでき、金属多孔体８，７の乱流化促進作用も得て、アンモニア分解を必要レベルまで行わせることができる。このとき流路長の延長によって生じる圧力損失の増大は、通気性に優れる金属めっきによる金属多孔体８，７によって緩和することができる。
【００３３】
（実施の形態２−両側電極構造−）
図１０は、本発明の実施の形態１におけるアンモニア分解装置１０を示す図であり、実施の形態１における図３に対応する図である。ただし、図１０では、厚み（高さ）は、ＭＥＡ２枚分のみの部分断面図である。図１０に示すアンモニア分解装置１０の流路１１,１２は、図２と同様の折り返し部Ｔを有し、チャネル壁１５で隔てられた交互に往復するチャネルＣ１等で形成される。本実施の形態における特徴は、アノード側流路１２の上下面ともにアノード２が配置される点にある。すなわち、２つのＭＥＡは、同じ極性のアノード２を対向させて、流路１２を挟み、流路１２を両側電極流路としている点にある。この両側電極流路１２には、入口６１から導入されたアンモニア含有気体が導入される。また、各ＭＥＡの反対側のカソード側流路１１には、相手側気体である空気が導入される。両側電極流路１２の断面積は、チャネルＣ１等の断面から分かるように、カソード側流路１１のどれよりも大きい。これによって、濃度を極低レベルまで減少させたアンモニア含有気体を大量に流しながら、圧力損失を抑制することが可能になる。アンモニア濃度は非常に低いレベルまで低減されるので、上記の電気化学反応に必要な空気量は少なくて済む。このため、図１０に示すような断面積の大小関係をもたらす。
【００３４】
図１１は、図１０のＭＥＡおよび流路を含む部分断面図である。金属多孔体であるアノード集電体１１が占める両側電極流路Ｃ１（１２）を挟んで、２つのＭＥＡが配置されることは、上述のとおりである。この流路Ｃ１にアンモニア含有気体が通され、アノード２と接触してアンモニアを分解する。また、２つのＭＥＡの外側に位置する２つのカソード側流路１１はカソード集電体７に占められ、そこに空気を導入される。
本発明の実施の形態におけるアンモニア分解装置１０のポイントは、２つのＭＥＡのアノード２が、アンモニア含有気体の流路（両側電極流路）１２を挟んで、対面するように配置した点にある。図１２に示すように、この配置においては、アンモニアは、両側電極流路１２を画する上面でも下面でも、これら壁面がアノード２であるため、電気化学反応を進行させ、分解する。このため、下壁および上壁２において、電気化学反応が進行する。
図１３は、比較のために、ＭＥＡの同じ面を同じ側にそろえて、並行的に積層した場合の流路（片側電極流路）を示す図である。このようにＭＥＡを並行的に積層した構造では、図１３に示す流路１２が２つあるとして、図１２の流路と比較するのが妥当である。流路１２には、アンモニアが流れるが、図１３の場合、アノード２である上壁でのみ分解して、絶縁仕切りシート１３の下壁では、分解せず、単に気体として接触する。このような流路が２つある。
図１２の両側電極流路が一つの場合と、図１３の片側電極流路が２つの場合と比較すると、つぎのことが分かる。
（１）仮にアンモニアが多量にこれら流路に導入される場合、分解箇所（アノード２）の全面積は、両者、同じであり、分解されるアンモニアの総量は大差がない。このため、たとえば燃料電池の発電効率などを問題にする場合、両者は大差ない結果をもたらす。
（２）しかし、極低濃度、たとえばｐｐｍオーダーまでアンモニアを除害（分解）する場合、未反応のまま壁（絶縁仕切りシート１３）に接触して流れるアンモニアの存在によって、ＭＥＡの所要長さは長いものになる。未反応のままの状態を許す壁があるからである。極低濃度まで除害するには、その壁から未反応のアンモニアを剥がして反対側の壁（アノード２）に接触させる必要がある。未反応のままの状態がある壁はないほうが、アンモニアをその壁の箇所を自由に通り抜けできるので、分解反応を停滞させずに済む。すなわち、両側電極流路のように、間隔は倍であるが上壁および下壁ともにアノード２とされ、ともに分解が進行する場合、未反応のまま壁に接触する箇所はないので、ｐｐｍオーダーまで分解するＭＥＡの所要長さは短くなる。
（３）アンモニア含有気体を流す両側電極流路１２は、絶縁仕切りシート１３を伴う２つの片側電極流路と比べて、絶縁仕切りシート１３を配置する必要がないので、圧力損失が小さくしやすい。このため、圧力損失という面でも有利である。
上記（１）および（２）によって、極低濃度レベルまで有害成分を除害する装置において、両側電極構造は装置の小型化、とくに流路長の短縮に大きな効果を奏する。また、（３）圧力損失を抑制しやすい。
【００３５】
（多組積層構造）
図１４は、図１０の２つのＭＥＡを一組として、複数組が積層された多組積層構造の一部分を示す図である。図１４の多組積層構造では、一つのチャネルの流路（両側電極流路）１２ではアンモニアが上壁および下壁のアノード２において分解することは、図１０の一組のものと同じである。そして、酸素が導入される一つのチャネルの流路１１において、酸素が上壁および下壁のカソード３において分解する。すなわち流路１１も両側電極流路となり、図１５に示すように、酸素は、流路１１の上壁および下壁のカソード３で反応して酸素イオンＯ２−になる。
これに対して、ＭＥＡを並行的に積層する方式での多組積層構造は、図１６に示すように、絶縁仕切りシート１３によって隔絶される。このため、流路１２および流路１１ともに、片側電極流路となる。図１６の流路１１においては、図１７に示すように、上壁のカソード３において分解し、下壁の絶縁仕切りシート１３では酸素のまま壁に接触する。
【００３６】
図１４に示す構造では、流路１１の上壁は酸素イオンを上側の流路１２に面するアノード２に供給し、また下壁は下側の流路１２に面するアノード２に酸素イオンを供給する必要があるので、図１６に説明する分解反応は生じないと不都合であるということもできる。しかし、図１６の絶縁仕切りシート１３で隔絶された片側電極構造と比べて、図１４に示す両側電極構造は、無駄がない積層となっている。このため、空気についても圧力損失の低減に有効である。
【００３７】
本実施の形態では、少なくともアノード側流路１２が、折り返し部Ｔを持つことで、小面積のＭＥＡまたは反応部でありながら、流路長を延長することができ、かつ両側電極構造であるため、除害（極低濃度まで分解する）に必要な反応長を短縮することができる。反応長の短縮は、圧力損失の低減をもたらす。このため、より小さな面積のＭＥＡであっても、極低濃度レベルまでアンモニア濃度を低下させることができる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
本発明のガス除害装置は、表１に示すすべての除害反応Ｒ１〜Ｒ７に用いることができる。上記実施の形態１は、反応Ｒ１について説明した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
アンモニアの除害についていえば、その他にＲ２〜Ｒ４の反応が可能である。このうち反応Ｒ４は燃料電池反応ではなく電気分解反応であるが、電力の取り出しと投入との相違があるだけで、電気化学反応という点で、上記の実施の形態１と同じである。また、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）の除害、ＮＯｘの除害もある。これらすべての電気化学反応について、折り返し部を持ち、金属めっきの金属多孔体に占められた流路を形成することができる。また、とくに折り返し部をもち、上記の金属多孔体を用いながら、両側電極流路とすることもできる。これによって、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる、ガス除害装置を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
（実施例１−圧力損失と出口濃度−）
次に、計算によって、流路に所定濃度のアンモニア含有気体を流したときの流路に沿う濃度変化を求めた。このアンモニア除害装置は、化合物半導体ＧａＮなどを有機金属エピタキシー法などで成膜する際に生成するアンモニア含有気体を除害する。大気に放出可能なアンモニア濃度レベルは、法規制もあるが、通常はそれよりも低い濃度としてヒトが異臭を感じなくなる１ｐｐｍ以下とする。計算によるシミュレーションでは、気体は、アンモニアと水素の混合気体であり、アンモニアと水素との比を、１：１とした。この混合気体を１０ＳＬＭ流して処理するとした。アンモニア分解装置１０は、図３に示す多組積層構造(片側電極流路を有し、流路を５層備える５組積層構造とした。ＭＥＡまたは反応部は、８０ｍｍ×８０ｍｍの一定の平面形状として、ターン数を変えて、アンモニアのモル濃度を計算によって求めた。アノードに到達したアンモニアは、１００％分解すると仮定し、また、各流路には、１０ＳＬＭの１／５が均等に配分されるとした。
【００４２】
ＭＥＡの入口からの距離に応じて、減少するアンモニアモル濃度を、図１８に示す。また、圧力損失（圧損）を表２に示す。折り返し部を１つ以上有するものが、本発明例に該当する。表２および図１８によれば、一つの折り返し部を設けることで、圧力損失は２．２ｋＰａ程度と低い状態で、アンモニア濃度をモル比１×１０−７から１×１０−１４程度に指数関数的に飛躍的に低減できることが分かる。これによって、８０ｍｍ×８０ｍｍという小サイズのＭＥＡを用いて、折り返し部を設けることで、小型装置によって極低濃度までアンモニアを除害できる見通しが得られた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
（実施例２−ＭＥＡサイズの影響−）
実施例１と同様に、計算によって、ＭＥＡサイズのアンモニア濃度および圧力損失（圧損）に対する影響を求めた。計算上の試験体は、つぎのとおりである。
（流路構造）：片側電極構造
（ＭＥＡサイズ）：２０ｍｍ□、４０ｍｍ□、８０ｍｍ□
（集電体）：孔径１．９ｍｍ、比表面積１０００ｍ２／ｍ３のセルメット（＃２）を用いた。集電体の厚みは、３ｍｍ、６ｍｍ、２種類とした。
（セルスタック数）：ＭＥＡの積層数は、５層とした。
（アンモニア含有気体）：ＮＨ３：Ｈ２＝１：１の気体を１０ＳＬＭ流す。
各試験体の圧損およびアンモニア濃度を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
折り返し部が一つもない試験体Ｎｏ．１では、ＭＥＡサイズ８０ｍｍ×８０ｍｍにより、アンモニアモル比１×１０−７を得ている。これに対して、折り返し部を３つ設けることで、試験体Ｎｏ．１２のように、ＭＥＡサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍという非常に小型化された装置で、圧損１０ｋＰａ以下で、アンモニアモル比１×１０−７を得ることができる。
化合物半導体の製造において発生する廃ガスの大気中放出は、圧力損失１０ｋＰａ未満、かつアンモニアモル比１×１０−５未満、を満たす必要がある。上記の試算によれば、片側電極構造、流路厚み３ｍｍを用いて、ＭＥＡサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍより小さくできる見通しが得られた。
上記は、片側電極流路の場合であるが、両側電極構造にすることで、さらに小型化を実現することが可能である。
【００４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のガス除害装置によれば、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ イオン導電性電解質（固体酸化物電解質）、２ アノード、３ カソード、３ｈ 空隙、１０ アンモニア分解装置、７ カソード集電体、７ａ カソード端子、７ｄ 導電部、７ｈ 気孔、８ アノード集電体、８ａ アノード端子、１３ 絶縁仕切りシート、１５ チャネル壁、２１ 金属粒連鎖体、２１ａ 金属粒連鎖体の芯部（金属部）、２１ｂ 酸化層、２２ アノードのイオン導電性セラミックス（ＳＳＺなど）、３１ 金属粒連鎖体、３１ａ 金属粒連鎖体の芯部（金属部）、３１ｂ 酸化層、３２ カソードのイオン導電性セラミックス（ＬＳＭなど）、３３ 銀、６１ アンモニア含有気体入口、６２ 出口、７１ 空気入口、７２ 出口、Ｃ１〜Ｃ７ チャネル、Ｔ 折り返し部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス除害装置であって、より具体的には、空気、廃ガス等に含まれる有害ガスを、効率よく、低圧損で分解することができる、ガス除害装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアは農業や工業に不可欠の化合物であるが、ヒトには有害であるので、水中や大気中のアンモニアを分解する方法が、多く開示されてきた。たとえば、高濃度のアンモニアを含む水からアンモニアを分解除去するために、噴霧状のアンモニア水を空気流と接触させて空気中にアンモニアを分離して、次亜臭素酸溶液または硫酸と接触させる方法が提案されている（特許文献１）。また、上記と同じプロセスで空気中にアンモニアを分離して触媒により燃焼させる方法の開示もなされている（特許文献２）。また、アンモニア含有排水を触媒を用いて分解して、窒素と水とに分解する方法が提案されている（特許文献３）。アンモニア分解反応の触媒については、遷移金属成分を含む多孔質カーボン粒子、マンガン組成物、鉄−マンガン組成物（特許文献３）、クロム化合物、銅化合物、コバルト化合物（特許文献４）、アルミナ製３次元網状構造体に担持された白金（特許文献５）などが公表されている。上記の触媒を用いた化学反応によってアンモニアを分解する方法では、窒素酸化物ＮＯｘの生成を抑えることができる。さらに、触媒に二酸化マンガンを用いることによって、１００℃以下で、より効率的にアンモニアの熱分解を促進する方法も提案されている（特許文献６、７）。
上記のように、多量のアンモニアの分解をするケースと異なり、廃ガス中の臭気成分であるアンモニア等を、ｐｐｍオーダーまで分解することを主目的とする除害装置がある。たとえば半導体製造装置の廃ガスには、アンモニア、水素等が含まれるのが普通であり、アンモニアの異臭を完全に除去するには、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、薬品を含む水分に有害ガスを吸収させる。有害成分を含む水分の処理は、所定の廃棄物処理施設において、上述の方法を含む別の方法で処理することができる。
また、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、水素酸素燃料電池型分解方式を用いた、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８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３１９６６号公報
【特許文献２】特開平７−１１６６５０号公報
【特許文献３】特開平１１−３４７５３５号公報
【特許文献４】特開昭５３−１１１８５号公報
【特許文献５】特開昭５４−１０２６９号公報
【特許文献６】特開２００６−２３１２２３号公報
【特許文献７】特開２００６−１７５３７６号公報
【特許文献８】特開２００３−４５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の中和剤などの薬液を用いる方法（特許文献１）、燃焼する方法（特許文献２）、触媒を用いた熱分解反応による方法（特許文献３〜７）などによれば、アンモニアの分解は可能である。スクラバーについても、アンモニア等の除害はｐｐｍオーダーまで可能である。しかし、上記の方法では、薬品や外部エネルギー（燃料）を必要とし、さらに触媒の定期的交換やメインテナンスを要し、ランニングコストが高いという問題がある。とくに構成部材について長期間にわたってメインテナンスフリーは許容されない。また、装置が大掛かりとなり、たとえば既存の設備に付加的に設ける場合に配置が難しい場合も生じる。水素酸素燃料電池型分解方式についても、ｐｐｍオーダーまで除害を徹底させると、燃料極において排気ガスの長い流路が必要となり、圧力損失の増大→装置の大型化による圧力損失の抑制、が行われる。わが国では、装置の大型化は、実用上、大きな不利益をもたらす場合が多く、避ける必要がある。
【０００５】
本発明は、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる、ガス除害装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス除害装置は、気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する。このガス除害装置は、対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるＭＥＡを備え、対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路が設けられ、そのうち少なくとも化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部が設けられており、その折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体で占められていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、（Ｅ１）折り返し部付きの流路とすることで、小面積の装置全体を使って（流路を引きまわして）、面積当たりの効率を高めて、有害成分を無害レベルまで分解することができる。また、折り返し部は、気体の乱流化を促進する。さらに（Ｅ２）流路に金属多孔体を配置することで、有害成分を含む気体を通しながら素通りを防止して、当該気体の乱流状態を大きく促進する。気体を層流にして通過させるよりも、乱流とすることで、当該気体が両側電極に接する機会、時間等を長くすることができる。これによって、電極単位面積当たりの電気化学反応効率を高めることができる。この金属多孔体は、導電体なので電極の集電体として用いることができ、有害成分の分解に伴う電荷（電子）授受を円滑化することができる。これによって、電荷の流れが電気化学反応のネックになることを防止することができる。
折り返し部の数（ターン数）は、多いほど流路長を長くして有害成分の濃度減少に有益であるが、あまり多くすると圧力損失の増大を招き、ＭＥＡの変形を生じ、またエネルギー効率の劣化、騒音などを生じるおそれがある。
なお、上記の金属多孔体は、折り返し部付き流路だけでなく、対をなす逆極性の電極の流路にも、当該流路を占めるように配置されることができる。
上記の電気化学反応の継続におけるランニングコストは、ガス除害装置を８００℃程度に加熱するために要するヒータの電気代程度であり、メインテナンス費用などは不要である。このため従来のものに比較して、非常に低いランニングコストである。また、８００℃程度の加熱、対をなす電極中の触媒、上記折り返し部付の流路などにより、効率よく大きな流量の気体の除害ができるので、大がかりな装置は不要である。
【０００８】
上記の金属多孔体が、金属めっき体であり、気孔率が９５％以上のものとすることができる。これによって、金属粒子や金属繊維を圧粉成形して焼結したものよりも格段に良好な通気性を得ることができる。気孔率が９５％未満では、圧力損失が大きくなり、ポンプ等による強制循環をするとエネルギー効率が低下し、またイオン導電材等に曲げ変形等を生じて好ましくない。気孔率の上限はとくに設けないが、気孔率０．９８を超えると電気伝導性が低下して集電機能が低下する。
【０００９】
上記の金属多孔体の、孔径をｘ（ｍｍ）、比表面積をｙ（ｍ２／ｍ３）とするとき、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、を満たすことができる。これによって、上記（Ｅ２）の作用を得ながら、圧力損失の増大を防止することができる。圧力損失の増大をより厳しく防止するには、６００≦（ｘ−０．３）ｙとするのがよい。（ｘ−０．３）ｙの上限は、とくに設ける必要はないが、（Ｅ３）の作用を確保するために、たとえば３０００を上限とすることができる。
【００１０】
上記のＭＥＡは、２つ一組とされ、該一組のＭＥＡは、同じ極性の電極を対向させて、折り返し部を備える流路を、対向する同極性の電極に挟ませて、両側電極流路とすることができる。これにより、両側電極流路に、分解対象の化学成分（ガス）を含む気体を流して圧力損失の増大を防止しながら、予測以上の短流路で、有害成分を極低レベルまで電気化学反応で分解することができる。
【００１１】
上記の２つのＭＥＡにおいて、両側電極流路と反対側に、それぞれ、両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極に気体を導入する逆極流路を備え、両側電極流路の断面積が、２つのＭＥＡの逆極流路の断面積の大きいほうと等しいか、または大きい構成とすることができる。これによって、分解対象の有害成分を含む気体を、流量を高めながら圧力損失を軽減することができる。この場合、除害される化学成分は、極低レベルまで分解されて低濃度となるので（低濃度レベルでの分解反応が問題とされるので）、その電気化学反応で必要とされる相手側気体の量は少なくとも出口近くでは少量でよい。このため、有害化学成分を含む気体を流す両側電極流路の圧力損失の軽減を第一に考えて、全体の厚みをむやみに厚くしない条件を課すと、上記の構成が得られる。
【００１２】
２つのＭＥＡによって形成されるガス除害装置の組が、複数、積層され、隣り合う組同士、両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極が、対向して逆極流路を挟んでいるようにできる。これによって、部品点数を増やさず、簡単な構造のガス除害装置とすることができ、相手側気体の流通について圧力損失の低減を得ることができる。また、能率よく製造することができる。
【００１３】
複数の積層された組のＭＥＡの間に、絶縁仕切りシートを有しない構造とすることができる。これによって、部品点数の低減、ガス除害装置の薄肉化、圧力損失の低減などを得ることができる。
【００１４】
上記の折り返し部を有する流路にアンモニアを含む気体が導入され、流路と反対側の電極の流路に空気が導入されることができる。これによって、アンモニアを含む気体を効率よく、低いランニングコストで稼働させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス除害装置によれば、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアンモニア分解装置の外観の斜視図である。
【図２】図１のアンモニア分解装置のアンモニア含有気体の流路を示す平面図である。
【図３】図１のアンモニア分解装置のアンモニア含有気体入口を含む部分断面図である。
【図４】図２のチャネルＣ１に対応する部分のＭＥＡ一つを含む部分の拡大断面図である。
【図５】アノードでの電気化学反応を説明するための図である。
【図６】カソードでの電気化学反応を説明するための図である。
【図７】アンモニア分解装置のカソード集電体およびアノード集電体のめっき多孔体を製造する方法を説明するための図である。
【図８】めっき多孔体に合金化処理を施す方法の具体例を示す図であり、（ａ）はアルミナイジングを、（ｂ）はクロマイジングを示す図である。
【図９】図７の方法で製造したＮｉめっき多孔体の比表面積と孔径との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるアンモニア分解装置のアンモニア含有気体の入口を含む断面図である。
【図１１】図１０のチャネルＣ１に対応する部分の一組のＭＥＡを含む部分の拡大断面図である。
【図１２】図１０のアンモニア分解装置のアノード側流路での電気化学反応を示す図である。
【図１３】並行的な積層構造のアンモニア分解装置のアノード側流路での電気化学反応を示す図である。
【図１４】図１０に示すアンモニア分解装置の２つのＭＥＡを一組として、多組積層構造の部分を示す図である。
【図１５】図１４の多組積層構造におけるカソード側流路での電気化学反応を説明する図である。
【図１６】並行的な積層構造を複数積み重ねたときの部分を示す図である。
【図１７】図１６の構造におけるカソード側流路での電気化学反応を説明する図である。
【図１８】実施例において、アンモニア分解装置の流路に沿うアンモニア濃度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１−片側電極構造−）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガス除害装置であるアンモニア分解装置１０を示す図である。このアンモニア分解装置１０では、電気化学反応とくに燃料電池反応によってアンモニア含有気体中のアンモニアを分解する。燃料電池の燃料極（以下、アノードと記す）には、アンモニア含有気体が入口６１から導入され、また空気極（以下、カソードと記す）には、空気が入口７１から導入される。これから説明する電気化学反応によって、アンモニア含有気体中のアンモニアは、窒素と水とに分解されて、その他の気体とともに出口６２から放出される。また、空気についても酸素が電気化学反応に関与して、残りの窒素等が出口７２から放出される。アンモニアが分解された後、出口６２から放出される気体中のアンモニア濃度はｐｐｍ以下のオーダーに除害される。
このように燃料に対応づけられる気体中の分解対象成分が、極低濃度レベルまで分解される点で、除害装置は、燃料電池と相違する。燃料電池では発電効率に注意が集中し、気体中の分解対象成分の濃度については、所定レベル以上あることを前提にしている。また、本実施の形態では、燃料に対応する気体中の成分が分解されるが、それに限定されず、たとえば空気に対応する気体が空気そのものではなく、他の成分（たとえばＮＯｘ）または当該成分を含む他の気体または空気中の、当該成分を分解するものであってもよい。このようなカソードに接する気体中の特定成分を分解する形態については、最後に表１において説明する。
図１において、図示しないアノードとアノード集電体を経て導電接続するアノード端子と、カソードとカソード集電体を経て導電接続するカソード端子とから、電力の取り出しが可能である。このアンモニア分解装置１０は、実用的な電気化学反応速度を得るために、８００℃程度に加熱される。カソード端子とアノード端子とから取り出した電力を、この加熱用のヒータに供給してもよい。カソード端子とアノード端子との間に、どのような負荷を入れるにしろ、アンモニア分解の電気化学反応を生起させ、持続するためには、アノードで生成した電子が、アノード端子からカソード端子へと、負荷を伝って電導する必要がある。
【００１８】
図２は、図１に示すアンモニア分解装置１０の流路を示す図である。この流路１２は折り返し部Ｔを持ち、交互に往復するチャネルＣ１〜Ｃ７を形成して、流路長を長くしている。折り返し部Ｔのある流路１２は、アノードにアンモニア含有気体を導入するためのアノード側流路１２であり、流路を占めるように、金属めっき体を骨格とする金属多孔体８が配置されている。この金属多孔体は、アノード集電体８を兼ねている。このアンモニア分解装置１０は、複数のＭＥＡが積層されて形成されているが、各ＭＥＡは、図示しない絶縁仕切りシートで仕切られている。図２に示す折り返し部Ｔを持つ流路に面するアノードと対をなすカソードには、空気が導入されるが、その空気が導入される流路については、折り返し部はなくてもよいが、折り返し部を設けてもよい。ここでは、空気を導入する流路についても、アンモニア含有気体が導入される流路と同様に、折り返し部Ｔを持つものについて説明する。
折り返し部Ｔを持つことで、ＭＥＡの面積は小さいまま、流路長を長くすることができ、上記気体中のアンモニア濃度を無害レベル、たとえばｐｐｍオーダーまで低減することができる。往復するチャネルを隔てるチャネル壁１５は、圧力損失を抑制するため、できるだけ薄くするのがよい。図２に示すアノード側流路１２では、折り返し部Ｔの数、すなわちターン数は６つである。ターン数を増やすほど流路長は長くなり、分解反応を長く起こさせることができるが、圧力損失が増大するので、許容できる範囲内とするのがよい。
【００１９】
図３は、図２のアンモニア含有気体の入口６１を含む部分の断面図である。図３では、チャネルＣ１等では気体は紙面に垂直に流れる。５枚のＭＥＡが、積層されている。各ＭＥＡのアノード側にはアノード集電体８が交互に往復するチャネルごとに、アノード側流路１２を占めるように配置されており、この流路に入口６１から導入されたアンモニア含有気体が流される。また、各ＭＥＡのカソード側にはカソード集電体７が、交互に往復するチャネルごとに、カソード側流路１１を占めるように配置されており、このカソード側流路１１に図２に示す入口７１から導入された空気が流される。一つの、アノード集電体８／ＭＥＡ／カソード集電体７を組として、各組の間は、絶縁仕切りシート１３で隔絶される。この絶縁仕切りシート１３は、アノードとカソードとの短絡防止、およびアンモニア含有気体と空気との隔絶のために必要である。アノード側流路１２では、アノードにおける電気化学反応は、流路を画する上下面のうち一方の面（図３では下面）でのみ行われ、またカソード側流路１１でも、カソードにおける電気化学反応は、流路を画する上下面のうち一方の面（図３では上面）でのみ行われる。これは、図３に示すＭＥＡの配置では、各流路１１，１２は、片側にのみ電極を持つ片側電極流路となるからである。本実施の形態は、片側電極流路をもつ片側電極構造の場合の例である。カソード集電体７はカソード端子７ａに、またアノード集電体８はアノード端子８ａに導電接続される。
アノード側流路１２およびカソード側流路１１には、それぞれの集電体を兼ねる金属多孔体が配置される。この金属多孔体には、導電性および通気性が求められ、とくに通気性については圧力損失を生じにくいことが求められる。このような圧力損失を抑制できる高い通気性を持つ金属多孔体は、金属粒子や金属繊維の焼結体では得にくい。上記の特性を備える金属多孔体として、たとえば三角柱状の骨格が３次元に連なって連続気孔を形成する金属めっきの金属多孔体があり、その典型材として、たとえば住友電気工業(株)製のセルメット（商標登録）を用いることができる。電気化学反応および金属多孔体については、このあと詳細に説明する。
【００２０】
図４は、幅はチャネルＣ１を含む部分であり、高さ（厚み）はＭＥＡ１枚の部分についての断面図である。酸素イオン導電性の電解質１をはさんで、アノード２と、カソード３とが、配置されている。アノード２の外側にはアノード集電体８が、また、カソード３の外側にはカソード集電体７が配置されている。アノード２は、表面酸化層を持つ金属粒連鎖体２１とイオン導電性のセラミックス（金属酸化物）２２とを主構成材とする焼結体であり、流体が流通できる多孔質体である。また、カソード３は、やはり流体が流通できる多孔質体であり、たとえば表面酸化層を持つ金属粒連鎖体３１と、イオン導電性のセラミックス３２と、銀（Ａｇ）３３とを主構成材とする焼結体とすることができる。アノード集電体８およびカソード集電体７は、ともに、上述の連続気孔を持つ金属多孔体とする。
電解質１は、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子、電解液など、イオン導電性があれば何でもよい。電解質１の材料については、あとで具体的に説明する。
図４において、アンモニア含有気体はチャネルＣ１（１２）を、金属多孔体のアノード集電体８によって乱流状態とされてアノード２に導入される。また空気は、カソード側流路１１を、金属多孔体のカソード集電体７によって乱流状態とされてカソード３に導入される。導入された空気またはアンモニア含有気体は、カソード３またはアノード２で所定の反応をした後、外部に放出される。この電気化学反応は、発電を伴う電気化学反応であり、アノード集電体８およびカソード集電体７から電力を取り出し、負荷に電力を供給することができる。負荷としては、アンモニア分解装置１０に内蔵される、図示しない加熱装置、たとえばヒータとすることができる。
アンモニア分解装置１０の場合、電解質１の酸素イオンの通過時間を短縮し、かつ各電極での電気化学反応速度も確保するために、要は全体の電気化学反応を促進するために、ヒータ等によって、たとえば６００℃〜９５０℃に加熱される（それ以外の温度で用いてもかまわない）。上述のように、カソード３およびカソード集電体７には、酸素原子を含む酸化力の高い気体が導入される。６００℃〜９５０℃の高温で酸化力の高い気体にさらされる金属は、特別な金属を除いて、当該気体によって酸化されてゆき、所定期間経過後に使用不能になる。カソード集電体が、使用不能になる形態は、酸化増量による目詰まり（通気性の低下、圧力損失の増大）、集電性能の低下、などである。カソードにおいても、高温酸化による同様の、通気性の低下、導電性の低下などが生じる。
アノード集電体などのアノード側は還元性の気体が流通するので、高温酸化の問題は生じにくい。
【００２１】
図５は、アノード２を構成する材料の役割を説明するための図である。アノード２は、表面酸化された金属粒連鎖体２１と、酸素イオン導電性セラミックス２２との焼結体で構成される。金属粒連鎖体２１の金属は、Ｎｉとするのがよい。Ｎｉに鉄（Ｆｅ）を少し含むものであってもよい。さらに好ましくはＴｉを２〜１００００ｐｐｍ程度の微量含むものである。
アノード２では、２ＮＨ３＋３Ｏ２−→Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ＋６ｅ−のアノード反応によって、アンモニアはカソード３から電解質１を経てきた酸素イオンと反応して、窒素と水蒸気と電子とに分解される。上記のアノード反応は、酸化層２１ｂと、Ｎｉ粒連鎖体２１ａと、酸素イオン導電性セラミックス２２とが会合する個所において、生じる。アノード反応で生じた電子は、Ｎｉ粒連鎖体２１ａを導電して外部回路または負荷へと流れてゆく。Ｎｉ粒連鎖体２１ａは細長いので、電子伝導性に優れ、電子授受の面で、この電気化学反応の障害にならないようにする作用を奏する。分解反応後、窒素と水蒸気とは、未反応のアンモニアおよび残余の気体成分とともに、図２に示す出口６２から外部に放出される。電子は外部回路または負荷を経て、カソード３へと導電される。カソードでは、カソード反応、Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−によって、酸素イオンを生成して電解質１へと送りだす。
上述のようにアノード２内の表面酸化層付きＮｉ粒連鎖体２１は、カソード３におけるカソード反応と呼応してアノード反応を促進する強い触媒作用を有する。このため、単に高温でアンモニアを白金粒子等に接触させて分解するよりも、格段に効率のよい分解反応を生じさせることができる。
【００２２】
図６は、カソード３およびカソード集電体７を構成する材料の役割を説明するための図である。カソード集電体７は、上述の耐高温酸化性能を高めるために、連続気孔を持つ多孔体を、ニッケルもしくはニッケル合金で形成するか、またはニッケルもしくはニッケル合金の金属多孔体の表層が、（クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および他の金属）の少なくとも１種によって富化されるようにする。これによって耐高温酸化性能が強化される。
本実施の形態におけるカソード３は、空隙３ｈのある多孔体であり、酸化層を有するＮｉ等の金属粒連鎖体３１と、Ａｇ粒子３３と、酸素イオンを通すセラミックス３２とで構成される。この中で、Ａｇ粒子３３および酸化層付き金属粒連鎖体３１は、カソード反応Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−を大きく促進させる触媒機能を有する。Ｎｉ粒連鎖体３１ａは、カソード反応に与る電子の電導性に優れ、電子授受の面で制約にならない。
上記のＮｉ等の金属粒連鎖体３１については、カソード集電体と、同様に、高温酸化による触媒作用の劣化や電導性の劣化が生じる。このため、Ｎｉ粒連鎖体についても、金属部分の合金化や合金層の形成によって、耐高温酸化性能を向上させるのがよい。
【００２３】
つぎに、燃料電池を構成するＭＥＡの内容について説明する。ＭＥＡは、電解質１と、それを挟むアノード２およびカソード３とで構成される。電解質１は、固体酸化物、溶融炭酸塩、リン酸、固体高分子、電解液など、イオン導電性があれば何でもよい。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、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウム安定化セリア）、ＬＳＧＭランタンガレート）などを用いるのがよい。
【００２４】
アノード２は、表面酸化されて酸化層を有する金属粒連鎖体２１と、酸素イオン導電性のセラミックス２２とを主成分とする焼結体とするのがよい。酸素イオン導電性のセラミックス２２としては、上述の、ＳＳＺ、ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＬＳＧＭなどを用いることができる。
【００２５】
カソード３は、表面酸化されて酸化層を有するＮｉ粒連鎖体３１と、酸素イオン導電性のセラミックス３２と、銀（Ａｇ）３３と、を主成分とする焼結体とする。酸素イオン導電性のセラミックス３２として、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）、ＬＳＣ（ランタンストロンチウムコバルタイト）、ＳＳＣ（サマリウムストロンチウムコバルタイト）などを用いるのがよい。Ｎｉ粒連鎖体は、金属粒連鎖体の金属をＮｉとしたもので、製造が比較的容易であり、また既知である。また、Ｎｉ粒連鎖体の導電部（酸化層で被覆される金属部）は、Ｎｉのみでもよいし、ＮｉにＦｅを含ませたものでもよい。
【００２６】
１.集電体（金属めっきによる金属多孔体）
次に、アノード集電体８、およびカソード集電体７およびに用いられる、金属めっき体で形成された骨格を持つ、連続気孔の多孔体（以下、めっき多孔体と呼ぶ）の製造方法の一例について説明する。図７は、めっき多孔体の製造方法の一例を示す図である。図７において、まずウレタン等の樹脂に発泡処理を施し発泡させたものを準備する。次いで、発泡した気孔を連続する気孔連続化処理を行う。気孔連続化処理は、除膜処理と呼ばれる処理であるが、ポリウレタン発泡体のセル膜（気泡膜）を除去する公知の処理である。公知の除膜処理として、アルカリ濃厚溶液中にポリウレタン発泡体を浸漬して加水分解によりセル膜を溶解除去するアルカリ処理法や、浸透剤によってポリウレタン発泡体中に水を含浸させ、その水を１００℃以上に加熱して水の体積膨張でセル膜を破壊する湿潤過熱法や、ポリウレタン発泡体を密封容器に収容し、前記密封容器に水素、酸素の混合等からなるガスを充填して爆破させることによりセル膜を破壊させる熱処理（爆発法）などがある。上記の除膜処理によって、ポリウレタン発泡体はセル膜のほとんどが除去され、ほぼ骨格のみとなる。このあと、気孔内壁に、導電性炭素膜を付着させるか、または無電解めっき等により導電薄膜を形成する。次いで、電気めっきによって、金属めっき層を導電性炭素膜または導電薄膜上に形成する。この金属めっき層が気孔体の骨格となる。金属めっきはニッケルイオンを含むめっき液を用い、Ｎｉめっき層を形成するのがよい。Ｎｉは、上記の低温域で耐高温酸化性を有し、かつめっき層の形成が容易である。次いで、熱処理によって樹脂を消散させて、金属めっき層のみを残して、Ｎｉめっき多孔体とする。
カソード集電体７のように、より高温での耐酸化性能を得るためには、上述のように、Ｎｉめっき多孔体に対して合金化処理を施す。この合金化処理は、Ｃｒ、Ａｌ、その他の金属を外から表層に拡散導入することにより行われる。合金化を表層のみに止めて、合金化表層付きめっき多孔体とするのが普通であるが、中まで合金化する場合もある。また、図７には示していないが、めっき液にニッケルイオンおよび他の金属イオンを溶解させて、めっき体をニッケル合金とすることができる。そのように、直接、合金めっき層を形成することで、ニッケル合金の骨格を形成してもよい。
【００２７】
図８は、ＡｌまたはＣｒ添加処理の具体例を示す図である。図８（ａ）はアルミナイジング（Aluminizing）の具体例である。この方法では、Ｎｉめっき多孔体(図８（ａ）で「Ｍｅ」で表示)を、Ｆｅ−Ａｌ合金粉およびＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤とともに鋼製ケース内に埋め込む。次いで、ケースを密封して、その密封したケースを炉内に装入し、９００℃〜１０５０℃に加熱する。これによってＡｌ拡散浸透層を得ることができ、耐高温酸化性、耐摩耗性等を向上することができる。また、図８（ｂ）はクロマイジング（Chromizing）の具体例である。この方法では、Ｎｉめっき多孔体（Ｍｅ）を、Ｃｒ粉、Ａｌ２Ｏ３粉およびＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤とともに、ケース内に埋め込む。ケース内にＨ２ガスまたはＡｒガスを通しながら、炉内にて９００℃〜１１００℃に加熱することで、Ｃｒ拡散浸透層を得ることができる。このＣｒ拡散浸透層も耐高温酸化性能を高めることができる。なお、図８では、アルミナイジングおよびクロマイジングともに、粉末法のみを示したが、気体法、溶融塩法など、既存の任意の方法を用いて、ＡｌまたはＣｒを拡散浸透することができる。
【００２８】
図７に示す方法で製造したＮｉめっき多孔体の、比表面積（ｙ：ｍ２／ｍ３）と孔径（ｘ：ｍｍ）との関係を図９に示す。図９の小黒丸が実測値である。孔径０．４５ｍｍ〜３．２ｍｍにわたって、上記の方法で製造することができる。実測値は、（ｘ−０．３）ｙ＝４００または６００の双曲線に比して、同じ孔径において大きな比表面積を持つ。（ｘ−０．３）ｙの値が大きいと、カソード集電体７に導入される気体と接触して、カソード３へと気体を乱流状態で送り込む機能を保持しながら、圧力損失を低くできる効果を生み出す。このため、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、とするのがよい。より好ましくは、６００≦（ｘ−０．３）ｙ、とするのがよい。孔径をあまり大きくする弊害（導電性の低下など）が生じるおそれがあるので、上限は３０００程度、より好ましくは２０００程度とするのがよい。
Ｎｉめっき多孔体では、気孔の大きさ、および、骨格の太さ（薄さ）を、それぞれ独立に調節することができる。このため、Ｎｉめっき多孔体は、十分な導電性、十分な乱流生成作用を得ながら、容易に圧力損失を低下させることができる。
【００２９】
２．カソードおよびアノードの金属粒連鎖体２１，３１
金属粒連鎖体２１，３１は、還元析出法によって製造するのがよい。この金属粒連鎖体２１，３１の還元析出法については、特開２００４−３３２０４７号公報などに詳述されている。ここで紹介されている還元析出法は、還元剤として３価チタン（Ｔｉ）イオンを用いる方法であり、析出する金属粒（Ｎｉ粒など）は微量のＴｉを含む。このため、Ｔｉ含有量を定量分析することで、３価チタンイオンによる還元析出法で製造されたものと特定することができる。３価チタンイオンとともに存在する金属イオンを変えることで、所望の金属の粒を得ることができる。Ｎｉの場合はＮｉイオンを共存させる。Ｆｅイオンを微量加えると、微量Ｆｅを含むＮｉ粒連鎖体が形成される。
また、連鎖体を形成するには、金属が強磁性金属であり、かつ所定のサイズ以上であることを要する。ＮｉもＦｅも強磁性金属なので、金属粒連鎖体を容易に形成することができる。サイズについての要件は、強磁性金属が磁区を形成して、相互に磁力で結合し、その結合状態のまま金属の析出→金属層の成長が生じて、金属体として全体が一体になる過程で、必要である。所定サイズ以上の金属粒が磁力で結合した後も、金属の析出は続き、たとえば結合した金属粒の境界のネックは、金属粒の他の部分とともに、太く成長する。アノード２またはカソード３に含まれる金属粒連鎖体２１，３１の平均直径Ｄは５ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の範囲とするのがよい。また、平均長さＬは０．５μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲とするのがよい。また、上記平均長さＬと平均径Ｄとの比は３以上とするのがよい。ただし、これら範囲外の寸法を持つものであってもよい。
上記のカソード３の金属粒連鎖体３１は、たとえば低温域用のものとするのがよい。カソード集電体７と同様に、高温域用の金属粒連鎖体３１は、図５に示すような、アルミナイジングまたはクロマイジングのような合金化処理を施すのがよい。すなわち、６００℃〜９５０℃の高温域で使用するアンモニア分解装置１０のカソード３に含まれるＮｉ粒連鎖体３１は、耐高温酸化性のために、ＣｒまたはＡｌ等の富化層を設けるのが好ましい。金属多孔体を構成する合金のめっき体を、直接、めっきにより形成してもよい。
【００３０】
３．表面酸化
アノード２内のＮｉ粒連鎖体２１、ならびに高温域用および低温域用カソード３内のＮｉ粒連鎖体３１は、いずれも、電気化学反応を促進する触媒作用を高めるために、表面酸化されるのがよい。
表面酸化処理は、（ｉ）気相法による熱処理酸化、（ｉｉ）電解酸化、（ｉｉｉ）化学酸化の３種類が好適な手法である。（ｉ）では大気中で５００〜７００℃にて１〜３０分処理するのがよい。最も簡便な方法であるが、酸化膜厚の制御が難しい。（ｉｉ）では標準水素電極基準で３Ｖ程度に電位を印加し、陽極酸化することにより表面酸化を行うが、表面積に応じ電気量により酸化膜厚を制御できる特徴がある。しかし、大面積化した場合、均一に酸化膜をつけることは難しい手法である。（ｉｉｉ）では硝酸などの酸化剤を溶解した溶液に１〜５分程度浸漬することで表面酸化する。酸化膜厚は時間と温度、酸化剤の種類でコントロールできるが薬品の洗浄が手間となる。いずれの手法も好適であるが、（ｉ）または（ｉｉｉ）がより好ましい。
望ましい酸化層の厚みは、１ｎｍ〜１００ｎｍであり、より好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とする。ただし、この範囲外であってもかまわない。酸化皮膜が薄すぎると触媒機能が不十分となる。また、わずかな還元雰囲気でもメタライズされてしまう恐れがある。逆に酸化皮膜が厚すぎると触媒性は充分保たれるが、反面、界面での電子伝導性が損なわれ、発電性能が低下する。
【００３１】
４．焼結
アノード２またはカソード３に含まれるＳＳＺ２２またはＬＳＭ３２の原料粉末の平均径は０．５μｍ〜５０μｍ程度とする。表面酸化された金属粒連鎖体２１，３１と、ＳＳＺ２２，ＬＳＺ３２との配合比は、ｍｏｌ比で０．１〜１０の範囲とする。
焼結方法は、たとえば大気雰囲気中で、温度１０００℃〜１６００℃の範囲に、３０分〜１８０分間保持することで行う。
カソード３は、酸化層付き金属粒連鎖体３１、ＬＳＭ、Ａｇ粒子３３等の焼結体で構成される。Ａｇ粒子の平均径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍとするのがよい。銀と、ＬＳＭとの配合比は、０．０１〜１０程度とするのがよい。
連鎖状金属粉末の表面酸化の時期は、上記の焼結体形成の前でもよいし後でもよい。
【００３２】
本実施の形態のアンモニア分解装置１０では、流路に折り返し部Ｔを設け、また流路を金属めっきで形成した通気性の高い金属多孔体８，７で占めるようにする。これによって、小面積のＭＥＡまたは反応部であっても、流路長を長くでき、金属多孔体８，７の乱流化促進作用も得て、アンモニア分解を必要レベルまで行わせることができる。このとき流路長の延長によって生じる圧力損失の増大は、通気性に優れる金属めっきによる金属多孔体８，７によって緩和することができる。
【００３３】
（実施の形態２−両側電極構造−）
図１０は、本発明の実施の形態１におけるアンモニア分解装置１０を示す図であり、実施の形態１における図３に対応する図である。ただし、図１０では、厚み（高さ）は、ＭＥＡ２枚分のみの部分断面図である。図１０に示すアンモニア分解装置１０の流路１１,１２は、図２と同様の折り返し部Ｔを有し、チャネル壁１５で隔てられた交互に往復するチャネルＣ１等で形成される。本実施の形態における特徴は、アノード側流路１２の上下面ともにアノード２が配置される点にある。すなわち、２つのＭＥＡは、同じ極性のアノード２を対向させて、流路１２を挟み、流路１２を両側電極流路としている点にある。この両側電極流路１２には、入口６１から導入されたアンモニア含有気体が導入される。また、各ＭＥＡの反対側のカソード側流路１１には、相手側気体である空気が導入される。両側電極流路１２の断面積は、チャネルＣ１等の断面から分かるように、カソード側流路１１のどれよりも大きい。これによって、濃度を極低レベルまで減少させたアンモニア含有気体を大量に流しながら、圧力損失を抑制することが可能になる。アンモニア濃度は非常に低いレベルまで低減されるので、上記の電気化学反応に必要な空気量は少なくて済む。このため、図１０に示すような断面積の大小関係をもたらす。
【００３４】
図１１は、図１０のＭＥＡおよび流路を含む部分断面図である。金属多孔体であるアノード集電体１１が占める両側電極流路Ｃ１（１２）を挟んで、２つのＭＥＡが配置されることは、上述のとおりである。この流路Ｃ１にアンモニア含有気体が通され、アノード２と接触してアンモニアを分解する。また、２つのＭＥＡの外側に位置する２つのカソード側流路１１はカソード集電体７に占められ、そこに空気を導入される。
本発明の実施の形態におけるアンモニア分解装置１０のポイントは、２つのＭＥＡのアノード２が、アンモニア含有気体の流路（両側電極流路）１２を挟んで、対面するように配置した点にある。図１２に示すように、この配置においては、アンモニアは、両側電極流路１２を画する上面でも下面でも、これら壁面がアノード２であるため、電気化学反応を進行させ、分解する。このため、下壁および上壁２において、電気化学反応が進行する。
図１３は、比較のために、ＭＥＡの同じ面を同じ側にそろえて、並行的に積層した場合の流路（片側電極流路）を示す図である。このようにＭＥＡを並行的に積層した構造では、図１３に示す流路１２が２つあるとして、図１２の流路と比較するのが妥当である。流路１２には、アンモニアが流れるが、図１３の場合、アノード２である上壁でのみ分解して、絶縁仕切りシート１３の下壁では、分解せず、単に気体として接触する。このような流路が２つある。
図１２の両側電極流路が一つの場合と、図１３の片側電極流路が２つの場合と比較すると、つぎのことが分かる。
（１）仮にアンモニアが多量にこれら流路に導入される場合、分解箇所（アノード２）の全面積は、両者、同じであり、分解されるアンモニアの総量は大差がない。このため、たとえば燃料電池の発電効率などを問題にする場合、両者は大差ない結果をもたらす。
（２）しかし、極低濃度、たとえばｐｐｍオーダーまでアンモニアを除害（分解）する場合、未反応のまま壁（絶縁仕切りシート１３）に接触して流れるアンモニアの存在によって、ＭＥＡの所要長さは長いものになる。未反応のままの状態を許す壁があるからである。極低濃度まで除害するには、その壁から未反応のアンモニアを剥がして反対側の壁（アノード２）に接触させる必要がある。未反応のままの状態がある壁はないほうが、アンモニアをその壁の箇所を自由に通り抜けできるので、分解反応を停滞させずに済む。すなわち、両側電極流路のように、間隔は倍であるが上壁および下壁ともにアノード２とされ、ともに分解が進行する場合、未反応のまま壁に接触する箇所はないので、ｐｐｍオーダーまで分解するＭＥＡの所要長さは短くなる。
（３）アンモニア含有気体を流す両側電極流路１２は、絶縁仕切りシート１３を伴う２つの片側電極流路と比べて、絶縁仕切りシート１３を配置する必要がないので、圧力損失が小さくしやすい。このため、圧力損失という面でも有利である。
上記（１）および（２）によって、極低濃度レベルまで有害成分を除害する装置において、両側電極構造は装置の小型化、とくに流路長の短縮に大きな効果を奏する。また、（３）圧力損失を抑制しやすい。
【００３５】
（多組積層構造）
図１４は、図１０の２つのＭＥＡを一組として、複数組が積層された多組積層構造の一部分を示す図である。図１４の多組積層構造では、一つのチャネルの流路（両側電極流路）１２ではアンモニアが上壁および下壁のアノード２において分解することは、図１０の一組のものと同じである。そして、酸素が導入される一つのチャネルの流路１１において、酸素が上壁および下壁のカソード３において分解する。すなわち流路１１も両側電極流路となり、図１５に示すように、酸素は、流路１１の上壁および下壁のカソード３で反応して酸素イオンＯ２−になる。
これに対して、ＭＥＡを並行的に積層する方式での多組積層構造は、図１６に示すように、絶縁仕切りシート１３によって隔絶される。このため、流路１２および流路１１ともに、片側電極流路となる。図１６の流路１１においては、図１７に示すように、上壁のカソード３において分解し、下壁の絶縁仕切りシート１３では酸素のまま壁に接触する。
【００３６】
図１４に示す構造では、流路１１の上壁は酸素イオンを上側の流路１２に面するアノード２に供給し、また下壁は下側の流路１２に面するアノード２に酸素イオンを供給する必要があるので、図１６に説明する分解反応は生じないと不都合であるということもできる。しかし、図１６の絶縁仕切りシート１３で隔絶された片側電極構造と比べて、図１４に示す両側電極構造は、無駄がない積層となっている。このため、空気についても圧力損失の低減に有効である。
【００３７】
本実施の形態では、少なくともアノード側流路１２が、折り返し部Ｔを持つことで、小面積のＭＥＡまたは反応部でありながら、流路長を延長することができ、かつ両側電極構造であるため、除害（極低濃度まで分解する）に必要な反応長を短縮することができる。反応長の短縮は、圧力損失の低減をもたらす。このため、より小さな面積のＭＥＡであっても、極低濃度レベルまでアンモニア濃度を低下させることができる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
本発明のガス除害装置は、表１に示すすべての除害反応Ｒ１〜Ｒ７に用いることができる。上記実施の形態１は、反応Ｒ１について説明した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
アンモニアの除害についていえば、その他にＲ２〜Ｒ４の反応が可能である。このうち反応Ｒ４は燃料電池反応ではなく電気分解反応であるが、電力の取り出しと投入との相違があるだけで、電気化学反応という点で、上記の実施の形態１と同じである。また、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）の除害、ＮＯｘの除害もある。これらすべての電気化学反応について、折り返し部を持ち、金属めっきの金属多孔体に占められた流路を形成することができる。また、とくに折り返し部をもち、上記の金属多孔体を用いながら、両側電極流路とすることもできる。これによって、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる、ガス除害装置を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
（実施例１−圧力損失と出口濃度−）
次に、計算によって、流路に所定濃度のアンモニア含有気体を流したときの流路に沿う濃度変化を求めた。このアンモニア除害装置は、化合物半導体ＧａＮなどを有機金属エピタキシー法などで成膜する際に生成するアンモニア含有気体を除害する。大気に放出可能なアンモニア濃度レベルは、法規制もあるが、通常はそれよりも低い濃度としてヒトが異臭を感じなくなる１ｐｐｍ以下とする。計算によるシミュレーションでは、気体は、アンモニアと水素の混合気体であり、アンモニアと水素との比を、１：１とした。この混合気体を１０ＳＬＭ流して処理するとした。アンモニア分解装置１０は、図３に示す多組積層構造(片側電極流路を有し、流路を５層備える５組積層構造とした。ＭＥＡまたは反応部は、８０ｍｍ×８０ｍｍの一定の平面形状として、ターン数を変えて、アンモニアのモル濃度を計算によって求めた。アノードに到達したアンモニアは、１００％分解すると仮定し、また、各流路には、１０ＳＬＭの１／５が均等に配分されるとした。
【００４２】
ＭＥＡの入口からの距離に応じて、減少するアンモニアモル濃度を、図１８に示す。また、圧力損失（圧損）を表２に示す。折り返し部を１つ以上有するものが、本発明例に該当する。表２および図１８によれば、一つの折り返し部を設けることで、圧力損失は２．２ｋＰａ程度と低い状態で、アンモニア濃度をモル比１×１０−７から１×１０−１４程度に指数関数的に飛躍的に低減できることが分かる。これによって、８０ｍｍ×８０ｍｍという小サイズのＭＥＡを用いて、折り返し部を設けることで、小型装置によって極低濃度までアンモニアを除害できる見通しが得られた。
【００４３】
【表２】
【００４４】
（実施例２−ＭＥＡサイズの影響−）
実施例１と同様に、計算によって、ＭＥＡサイズのアンモニア濃度および圧力損失（圧損）に対する影響を求めた。計算上の試験体は、つぎのとおりである。
（流路構造）：片側電極構造
（ＭＥＡサイズ）：２０ｍｍ□、４０ｍｍ□、８０ｍｍ□
（集電体）：孔径１．９ｍｍ、比表面積１０００ｍ２／ｍ３のセルメット（＃２）を用いた。集電体の厚みは、３ｍｍ、６ｍｍ、２種類とした。
（セルスタック数）：ＭＥＡの積層数は、５層とした。
（アンモニア含有気体）：ＮＨ３：Ｈ２＝１：１の気体を１０ＳＬＭ流す。
各試験体の圧損およびアンモニア濃度を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
折り返し部が一つもない試験体Ｎｏ．１では、ＭＥＡサイズ８０ｍｍ×８０ｍｍにより、アンモニアモル比１×１０−７を得ている。これに対して、折り返し部を３つ設けることで、試験体Ｎｏ．１２のように、ＭＥＡサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍという非常に小型化された装置で、圧損１０ｋＰａ以下で、アンモニアモル比１×１０−７を得ることができる。
化合物半導体の製造において発生する廃ガスの大気中放出は、圧力損失１０ｋＰａ未満、かつアンモニアモル比１×１０−５未満、を満たす必要がある。上記の試算によれば、片側電極構造、流路厚み３ｍｍを用いて、ＭＥＡサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍより小さくできる見通しが得られた。
上記は、片側電極流路の場合であるが、両側電極構造にすることで、さらに小型化を実現することが可能である。
【００４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のガス除害装置によれば、（１）小型で、効率よく、有害ガスを無害レベルまで除害でき、（２）低いランニングコストで稼動することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１ イオン導電性電解質（固体酸化物電解質）、２ アノード、３ カソード、３ｈ 空隙、１０ アンモニア分解装置、７ カソード集電体、７ａ カソード端子、７ｄ 導電部、７ｈ 気孔、８ アノード集電体、８ａ アノード端子、１３ 絶縁仕切りシート、１５ チャネル壁、２１ 金属粒連鎖体、２１ａ 金属粒連鎖体の芯部（金属部）、２１ｂ 酸化層、２２ アノードのイオン導電性セラミックス（ＳＳＺなど）、３１ 金属粒連鎖体、３１ａ 金属粒連鎖体の芯部（金属部）、３１ｂ 酸化層、３２ カソードのイオン導電性セラミックス（ＬＳＭなど）、３３ 銀、６１ アンモニア含有気体入口、６２ 出口、７１ 空気入口、７２ 出口、Ｃ１〜Ｃ７ チャネル、Ｔ 折り返し部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する装置であって、
対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)を備え、
前記対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路が設けられ、そのうち少なくとも前記化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部が設けられており、
前記折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体で占められていることを特徴とする、ガス除害装置。
【請求項２】
前記金属多孔体が、金属めっき体であり、気孔率が９５％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガス除害装置。
【請求項３】
前記金属多孔体の、孔径をｘ（ｍｍ）、比表面積をｙ（ｍ２／ｍ３）とするとき、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載のガス除害装置。
【請求項４】
前記ＭＥＡは、２つ一組とされ、該一組のＭＥＡは、同じ極性の電極を対向させて、前記折り返し部を備える流路を、前記対向する同極性の電極に挟ませて、両側電極流路としていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス除害装置。
【請求項５】
前記２つのＭＥＡにおいて、前記両側電極流路と反対側に、それぞれ、前記両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極に気体を導入する逆極流路を備え、前記両側電極流路の断面積が、前記２つのＭＥＡの前記逆極流路の断面積の大きいほうと等しいか、または大きいことを特徴とする、請求項４に記載のガス除害装置。
【請求項６】
前記２つのＭＥＡによって形成されるガス除害装置の組が、複数、積層され、隣り合う組同士、前記両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極が、対向して前記逆極流路を挟んでいることを特徴とする、請求項５に記載のガス除害装置。
【請求項７】
前記複数の積層された組のＭＥＡの間に、絶縁仕切りシートを有しないことを特徴とする、請求項６に記載のガス除害装置。
【請求項８】
前記折り返し部を有する流路にアンモニアを含む気体が導入され、前記流路と反対側の電極の流路に空気が導入されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス除害装置。
【請求項１】
気体中の化学成分を電気化学反応によって除害する装置であって、
対をなす電極、および該対をなす電極に挟まれる電解質で構成されるＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)を備え、
前記対をなす電極には、それぞれ、気体を導入するための流路が設けられ、そのうち少なくとも前記化学成分を含む気体が導入される電極の流路に、少なくとも一つの折り返し部が設けられており、
前記折り返し部を有する流路が、連続気孔を有する金属多孔体で占められていることを特徴とする、ガス除害装置。
【請求項２】
前記金属多孔体が、金属めっき体であり、気孔率が９５％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガス除害装置。
【請求項３】
前記金属多孔体の、孔径をｘ（ｍｍ）、比表面積をｙ（ｍ２／ｍ３）とするとき、４００≦（ｘ−０．３）ｙ、を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載のガス除害装置。
【請求項４】
前記ＭＥＡは、２つ一組とされ、該一組のＭＥＡは、同じ極性の電極を対向させて、前記折り返し部を備える流路を、前記対向する同極性の電極に挟ませて、両側電極流路としていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス除害装置。
【請求項５】
前記２つのＭＥＡにおいて、前記両側電極流路と反対側に、それぞれ、前記両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極に気体を導入する逆極流路を備え、前記両側電極流路の断面積が、前記２つのＭＥＡの前記逆極流路の断面積の大きいほうと等しいか、または大きいことを特徴とする、請求項４に記載のガス除害装置。
【請求項６】
前記２つのＭＥＡによって形成されるガス除害装置の組が、複数、積層され、隣り合う組同士、前記両側電極流路を挟む電極と逆極性の電極が、対向して前記逆極流路を挟んでいることを特徴とする、請求項５に記載のガス除害装置。
【請求項７】
前記複数の積層された組のＭＥＡの間に、絶縁仕切りシートを有しないことを特徴とする、請求項６に記載のガス除害装置。
【請求項８】
前記折り返し部を有する流路にアンモニアを含む気体が導入され、前記流路と反対側の電極の流路に空気が導入されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス除害装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
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【図６】
【図７】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２４７０３３（Ｐ２０１０−２４７０３３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７４９６（Ｐ２００９−９７４９６）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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