二氧化碳分离装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供二氧化碳分离装置及其使用方法，所述二氧化碳分离装置用于从含有氧气和二氧化碳气体的混合气体中分离二氧化碳气体，所述装置包括：依次具有阳极电极、阴离子交换型高分子电解质膜和阴极电极的二氧化碳分离层叠体；配置在阳极电极的外表面上、由阳极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向阳极电极供给还原剂的还原剂供给室；以及配置在阴极电极的外表面上、由阴极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向阴极电极供给混合气体的混合气体供给室，并且阳极电极与阴极电极电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从空气等含有氧气和二氧化碳气体的混合气体中分离二氧化碳气体的。
技术介绍
作为从混合气体中分离二氧化碳的方法，以往提出了各种方法，其中，作为代表性的方法，可以列举使用由活性炭、各种复合氧化物、胺类溶剂和碳酸钾水溶液等构成的吸附剂或吸收剂的方法[例如日本特开2009-297601号公报(专利文献I)]。但是，使用吸附剂或吸收剂的方法中，需要进行吸附剂或吸收剂的再生操作，因此，需要在装置内附设一些再生装置(例如高温处理装置等)，从而存在难以实现二氧化碳 分离装置的小型化并且难以实现连续运转的问题。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2009-297601号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于提供不需要进行如上所述的再生操作并随之附设再生装置、具有简单的结构并且能够实现小型化的、以及使用该装置的碱性燃料电池系统。用于解决问题的方法本专利技术提供一种二氧化碳分离装置，用于从含有氧气和二氧化碳气体的混合气体中分离二氧化碳气体，所述装置包括依次具有阳极电极、阴离子交换型高分子电解质膜和阴极电极的二氧化碳分离层叠体；配置在阳极电极的外表面上、由阳极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向阳极电极供给还原剂的还原剂供给室；以及配置在阴极电极的外表面上、由阴极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向阴极电极供给混合气体的混合气体供给室，并且阳极电极与阴极电极电连接。阳极电极与阴极电极可以通过电阻器(优选可变电阻器)进行电连接，或者根据需要通过该电阻器和发电装置进行电连接。本专利技术的二氧化碳分离装置中，优选阳极电极具有层叠在阴离子交换型高分子电解质膜的一个表面上的阳极催化剂层，阴极电极具有层叠在阴离子交换型高分子电解质膜的另一个表面上的阴极催化剂层。此时，优选阳极催化剂层的体积大于阴极催化剂层的体积。例如，通过使阳极催化剂层的阴离子交换型高分子电解质膜侧的表面的面积大于阴极催化剂层的阴离子交换型高分子电解质膜侧的表面的面积，能够使阳极催化剂层的体积大于阴极催化剂层的体积。本专利技术的二氧化碳分离装置可以还具有用于使阳极电极的温度升高的温度控制装置。在阳极电极与阴极电极通过电阻器进行电连接的情况下，该电阻器可以兼作温度控制装置。本专利技术的二氧化碳分离装置所具有的二氧化碳分离层叠体可以为从内侧开始依次具有阴极电极、阴离子交换型高分子电解质膜和阳极电极的圆筒形层叠体。这种情况下，混合气体供给室可以由这样的二氧化碳分离层叠体的中空部构成。本专利技术的二氧化碳分离装置的优选实施方式中，混合气体供给室由空间上彼此分离的第一混合气体供给室和第二混合气体供给室构成，阴极电极仅与形成第二混合气体供给室的空间接触，并且形成第一混合气体供给室的空间与阴离子交换型高分子电解质膜接触。在这样的实施方式中，优选形成第一混合气体供给室的空间与阴离子交换型高分子电解质膜接触的区域的合计面积大于形成第二混合气体供给室的空间与阴极电极接触的区域的合计面积。 本专利技术的二氧化碳分离装置中，优选还原剂供给室具有用于导入还原剂的还原剂导入口和用于排出含有还原剂和二氧化碳气体的气体的还原剂排出口，混合气体供给室具有用于导入混合气体的混合气体导入口和用于排出使二氧化碳减少或除去后的净化气体的净化气体排出口。另外，本专利技术提供一种碱性燃料电池系统，其包括上述二氧化碳分离装置以及至少依次具有阳极、电解质层和阴极的碱性燃料电池，从二氧化碳分离装置的净化气体排出口排出的净化气体被供给至碱性燃料电池的阴极，并且从碱性燃料电池的阳极排出的还原剂被从二氧化碳分离装置的还原剂导入口导入到还原剂供给室内。另外，本专利技术提供上述二氧化碳分离装置的使用方法。本专利技术的二氧化碳分离装置的使用方法的特征在于，使混合气体供给室内的压力高于还原剂供给室内的压力。例如，通过将混合气体加压后导入到混合气体供给室内，能够使混合气体供给室内的压力高于还原剂供给室内的压力。另外，本专利技术提供一种二氧化碳分离装置的使用方法，其为阳极电极与阴极电极通过可变电阻器进行电连接的上述二氧化碳分离装置的使用方法，其特征在于，在阳极电极与阴极电极之间流动的电流量低于预定量时，减小可变电阻器的电阻值；并且，本专利技术提供一种二氧化碳分离装置的使用方法，其为阳极电极与阴极电极通过发电装置进行电连接的上述二氧化碳分离装置的使用方法，其特征在于，在阳极电极与阴极电极之间流动的电流量低于预定量时，增加发电装置的输出电压。专利技术效果根据本专利技术，不需要附设使用二氧化碳吸附剂或吸收剂的二氧化碳分离装置所必需的吸附剂或吸收剂的再生装置，因此，能够提供具有简单的结构并且能够实现小型化的二氧化碳分离装置。另外，根据应用本专利技术的二氧化碳分离装置作为用于分离供给至碱性燃料电池的氧化剂中的二氧化碳的装置的本专利技术的碱性燃料电池系统，同样能够实现该系统的小型化，并且能够提高碱性燃料电池的发电效率。附图说明图1是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的一个优选例的示意剖视图。图2是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图3是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图4是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图5是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图6是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图7是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图8是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意剖视图。图9是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意图。图10是表示本专利技术的二氧化碳分离装置的另一优选例的示意图。图11是表示本专利技术的碱性燃料电池系统的一个优选例的示意图。图12是表示实施例4中制作的二氧化碳分离装置的示意图。具体实施例方式以下，示出实施方式来详细地说明本专利技术的二氧化碳分离装置和碱性燃料电池系统。< 二氧化碳分离装置>本专利技术的二氧化碳分离装置为用于从含有氧气和二氧化碳气体的混合气体(空气等)中分离二氧化碳气体的装置。(第一实施方式)图1是表示本实施方式的二氧化碳分离装置的示意剖视图。图1所示的本实施方式的二氧化碳分离装置100为由如下构成的平板状装置依次具有阳极电极13、阴离子交换型高分子电解质膜11和阴极电极12的平板状二氧化碳分离层叠体10 ;配置在阳极电极13的外表面(与阴离子交换型高分子电解质膜11相反的一侧的表面)上、由阳极电极13侧的至少一部分(在图1中为全部)开放的空间构成且用于向阳极电极13供给还原剂的还原剂供给室30 ;配置在阴极电极12的外表面(与阴离子交换型高分子电解质膜11相反的一侧的表面)上、由阴极电极12侧的至少一部分(在图1中为全部)开放的空间构成且用于向阴极电极12供给混合气体的混合气体供给室20 ;以及作为将阳极电极13与阴极电极12电连接的连接手段的布线40。配置在阳极侧的还原剂供给室30由具有用于形成还原剂供给室30的凹部的还原剂供给板31形成。在还原剂供给板31的相对的侧面上设置有用于向还原剂供给室30内导入还原剂的还原剂导入口 32和用于排出还原剂供给室30内的气体的还原剂排出口 33。还原剂导入口 32和还原剂排出口 33与还原剂供给室30相连通。配置在阴极侧的混合气体供给室20由具有用于形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.21 JP 2010-1638531.一种二氧化碳分离装置，用于从含有氧气和二氧化碳气体的混合气体中分离二氧化碳气体， 所述装置包括 依次具有阳极电极、阴离子交换型高分子电解质膜和阴极电极的二氧化碳分离层叠体； 配置在所述阳极电极的外表面上、由所述阳极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向所述阳极电极供给还原剂的还原剂供给室；以及 配置在所述阴极电极的外表面上、由所述阴极电极侧的至少一部分开放的空间构成且用于向所述阴极电极供给所述混合气体的混合气体供给室， 并且所述阳极电极与所述阴极电极电连接。2.如权利要求1所述的二氧化碳分离装置，其中，所述阳极电极与所述阴极电极通过电阻器进行电连接。3.如权利要求2所述的二氧化碳分离装置，其中，所述电阻器为可变电阻器。4.如权利要求1所述的二氧化碳分离装置，其中，所述阳极电极与所述阴极电极通过发电装置进行电连接。5.如权利要求1所述的二氧化碳分离装置，其中， 所述阳极电极具有层叠在所述阴离子交换型高分子电解质膜的一个表面上的阳极催化剂层， 所述阴极电极具有层叠在所述阴离子交换型高分子电解质膜的另一个表面上的阴极催化剂层， 所述阳极催化剂层的体积大于所述阴极催化剂层的体积。6.如权利要求5所述的二氧化碳分离装置，其中，所述阳极催化剂层的所述阴离子交换型高分子电解质膜侧的表面的面积大于所述阴极催化剂层的所述阴离子交换型高分子电解质膜侧的表面的面积。7.如权利要求1所述的二氧化碳分离装置，其中，还具有用于使所述阳极电极的温度升高的温度控制装置。8.如权利要求7所述的二氧化碳分离装置，其中， 所述阳极电极与所述阴极电极通过电阻器进行电连接， 所述电阻器兼作所述温度控制装置。9.如权利要求1所述的二氧化碳分离装置，其中， 所述二氧化碳分离层叠体为从内侧开始依次具有所述阴极电极、所述阴离子交换型高分子电解质膜和所述阳极电极的圆筒形层叠体， 所述混合气体供给室由所述二氧化碳分...

【专利技术属性】
技术研发人员：水畑宏隆，佐多俊辅，吉田章人，吉江智寿，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：
国别省市：