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公開番号2025162704
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-28
出願番号2024066074
出願日2024-04-16
発明の名称アンモニアの合成装置
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人弁理士法人真明センチュリー
主分類H05H 1/24 20060101AFI20251021BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】安定してアンモニアを生成できる合成装置を提供する。
【解決手段】合成装置は、筒状の電解質と、電解質の内側に配置されたカソードと、電解質の外側に配置されたアノードと、を備える電気化学セルと、カソードと間隔をあけて電気化学セルの内側に配置された電極を含む筒状の電極部材を含み、電極とカソードとの間にプラズマを発生するプラズマ発生装置と、を備え、原料ガスは電極部材の内側の第1の空間に供給され、電気化学セルは電極部材とカソードとの間の第2の空間に水素を発生し、第1の空間と第2の空間とをつなぐ孔が電極に複数設けられ、カソードはプラズマ発生装置のアース電極を兼ねる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒素を含む原料ガスを励起してアンモニアを合成する合成装置であって、
筒状の電解質と、前記電解質の内側に配置されたカソードと、前記電解質の外側に配置されたアノードと、を備える電気化学セルと、
前記カソードと間隔をあけて前記電気化学セルの内側に配置された電極を含む筒状の電極部材を含み、前記電極と前記カソードとの間にプラズマを発生するプラズマ発生装置と、を備え、
前記原料ガスは、前記電極部材の内側の第１の空間に供給され、
前記電気化学セルは、前記電極部材と前記カソードとの間の第２の空間に水素を発生し、
前記電極部材に前記第１の空間と前記第２の空間とをつなぐ孔が複数設けられ、
前記カソードは、前記プラズマ発生装置のアース電極を兼ねる合成装置。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
前記孔のうち最も大きな孔の大きさは、前記電極の内径の１／６以下である請求項１記載の合成装置。
【請求項３】
前記電極部材のうち前記電気化学セルと重なる部分に設けられた前記孔の、前記電極部材の単位面積当たりの数は、前記原料ガスの下流側の部分が、前記原料ガスの上流側の部分よりも多い請求項１又は２に記載の合成装置。
【請求項４】
前記電極部材のうち前記電気化学セルと重なる部分に設けられた前記孔の面積の総和は、前記原料ガスの下流側の部分が、前記原料ガスの上流側の部分よりも大きい請求項１又は２に記載の合成装置。
【請求項５】
前記第１の空間のうち前記電気化学セルと重なる部分における前記原料ガスの分圧は、前記原料ガスの下流側の部分が、前記原料ガスの上流側の部分よりも高い請求項１又は２に記載の合成装置。
【請求項６】
前記第１の空間のうち前記電気化学セルと重なる部分における前記原料ガスの下流側の流量を、前記原料ガスの上流側の流量よりも少なくする制限部をさらに備える請求項１又は２に記載の合成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は窒素と水素との反応によりアンモニアを合成する合成装置に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生装置を用いて励起した窒素と、水の電気分解で発生した水素と、の反応によってアンモニアを合成する先行技術は特許文献１に開示されている。特許文献２や非特許文献１にはプロトン伝導性の電解質を含む電気化学セルとプラズマとを併用したアンモニア合成に関する先行技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１６４７３６号公報
中国実用新案第２１７１４８５８７号明細書
【非特許文献】
【０００４】
ACS Energy Lett. 2021, 6, 2, 313-319
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術においてアンモニアを合成する反応が局所的に起こるとアンモニアの生成量が不安定化する。
【０００６】
本発明は問題点を解決するためになされたものであり、安定してアンモニアを生成できる合成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための第１の態様は、窒素を含む原料ガスを励起してアンモニアを合成する合成装置であって、筒状の電解質と、電解質の内側に配置されたカソードと、電解質の外側に配置されたアノードと、を備える電気化学セルと、カソードと間隔をあけて電気化学セルの内側に配置された電極を含む筒状の電極部材を含み、電極とカソードとの間にプラズマを発生するプラズマ発生装置と、を備え、原料ガスは電極部材の内側の第１の空間に供給され、電気化学セルは電極部材とカソードとの間の第２の空間に水素を発生し、第１の空間と第２の空間とをつなぐ孔が電極部材に複数設けられ、カソードはプラズマ発生装置のアース電極を兼ねる。
【０００８】
第２の態様は、第１の態様において、孔のうち最も大きな孔の大きさは電極の内径の１／６以下である。
【０００９】
第３の態様は、第１又は第２の態様において、電極部材のうち電気化学セルと重なる部分に設けられた孔の、電極部材の単位面積当たりの数は、原料ガスの下流側の部分が、原料ガスの上流側の部分よりも多い。
【００１０】
第４の態様は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、電極部材のうち電気化学セルと重なる部分に設けられた孔の面積の総和は、原料ガスの下流側の部分が、原料ガスの上流側の部分よりも大きい。
（【００１１】以降は省略されています）

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