(57)【要約】  アンモニアを熱分解によって除害する際に、窒素酸化物が発生するのを回避することができるアンモニア除害装置を提供する。  すなわち、アンモニア除害装置１０を、電気ヒータ１４と、アンモニアを含む処理対象ガスＦを受け入れるとともに、電気ヒータ１４からの熱により、アンモニアを無酸素状態で熱分解するアンモニア分解室２４と、アンモニア分解室２４から排出された、アンモニアの熱分解によって発生した窒素および水素を含む処理対象ガスＦを受け入れる熱分解ガス燃焼室２６と、水素を燃焼させるための空気Ａを外部から熱分解ガス燃焼室２６に供給する空気供給手段１６とで構成することにより、上記課題を解決することができる。
2012120773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気ヒータと、
アンモニアを含む処理対象ガスを受け入れるとともに、前記電気ヒータからの熱により、前記アンモニアを無酸素状態で熱分解するアンモニア分解室と、
前記アンモニア分解室から排出された、前記アンモニアの熱分解によって発生した窒素および水素を含む処理対象ガスを受け入れる熱分解ガス燃焼室と、
前記水素を燃焼させるための空気を外部から前記熱分解ガス燃焼室に供給する空気供給手段とを備えていることを特徴とするアンモニア除害装置。
【請求項２】
前記アンモニア分解室と前記熱分解ガス燃焼室とは、両室における流れ方向の断面積よりも小さな断面積を有する縮径部を介して互いに連通されていることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア除害装置。
【請求項３】
前記空気供給手段は、前記アンモニア分解室からの処理対象ガスに含まれる水素を燃焼させるのに必要な量の空気、および前記熱分解ガス燃焼室から排出される処理対象ガスの温度を低下させる空気を前記熱分解ガス燃焼室に供給することを特徴とする請求項１または２に記載のアンモニア除害装置。
【請求項４】
前記アンモニアを含む処理対象ガスは、酸化することによって粉体になる被酸化物質をさらに含んでおり、
内部空間を有する外側ケーシングと、有底筒状で、天端が前記外側ケーシングの天井内面から離間した状態で前記外側ケーシングの前記内部空間に配設された内側ケーシングとを備えるケーシングを有しており、
前記アンモニア分解室は、前記内側ケーシングの内部空間に形成されており、
前記熱分解ガス燃焼室は、前記内側ケーシングの外面と、前記外側ケーシングの内面との間に形成されており、
前記空気供給手段は、前記アンモニア分解室からの処理対象ガスに含まれる水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な量の空気を前記熱分解ガス燃焼室に供給する第１空気供給手段と、前記熱分解ガス燃焼室から排出される処理対象ガスの温度を低下させる空気を前記第１空気供給手段よりも下流側の前記熱分解ガス燃焼室に供給する第２空気供給手段とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンモニア除害装置。
【請求項５】
前記第１空気供給手段から供給される前記空気の量は、前記熱分解ガス燃焼室の温度が窒素酸化物の生成温度よりも低くなるように、理論空気量よりも少なく設定されており、
前記第２空気供給手段から供給される前記空気の量は、前記熱分解ガス燃焼室から排出される処理対象ガスの温度を低下させるとともに、前記第１空気供給手段からの前記空気で燃焼・酸化されなかった水素および被酸化物質を燃焼・酸化するように調整されていることを特徴とする請求項４に記載のアンモニア除害装置。
【請求項６】
蓄熱用充填材がそれぞれ充填された３つの通流路と、
アンモニアを含む前記処理対象ガスを供給する処理対象ガス供給手段と、
前記水素を燃焼させた後の処理済みガスを排出する処理済みガス排出手段とをさらに備えており、
前記各通流路における一方端部どうしは互いに連通されているとともに、
前記各通流路における他方端には、前記処理対象ガスまたは前記空気供給手段からの空気を受け入れ、あるいは前記処理済みガスを排出するための吸排気孔が設けられており、
前記処理対象ガス供給手段、前記空気供給手段、および前記処理済みガス排出手段は、前記各通流路の前記吸排気孔への接続状態を互いに重複することなく切り替えることができるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア除害装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理対象ガス中に含まれたアンモニアを熱分解で除害する際に、窒素酸化物の発生を極小化することのできるアンモニア除害装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンモニア（ＮＨ3）は、特有の強い刺激臭を持つ、常温常圧において無色の気体であり、ヒトの粘膜に対する刺激性が強く、濃度０．１％以上のガスを吸引することで危険症状を呈する。このため、アンモニアは、悪臭防止法に基づく特定悪臭物質のひとつに指定されており、また、毒物および劇物取締法においても劇物に指定されている。【０００３】
その一方で、アンモニアは、硝酸等の基礎化学品の原料となり、工業的に極めて重要な物質であるとともに、工業的生産過程において副生成物として合成されることも多いことから、アンモニアを含む排ガスが発生するような生産設備においては、同排ガス中に含まれるアンモニアを除害するアンモニア除害装置を設けることが要求されている。【０００４】
このようなアンモニアを除害する方法としては、アンモニアを水あるいは薬液に吸収させる湿式除害方法や、アンモニアを熱分解する熱分解方法等、数多くの方法が開発されている。【０００５】
とりわけ、熱分解方法は、湿式除害方法に比べて、排水処理装置を別途設ける必要がないことからアンモニア除害装置をコンパクトにすることができるとともに、ランニングコストが比較的安いことから、現在では広く普及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５１９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような熱分解方法を用いたアンモニア除害装置にも改善すべき余地があった。すなわち、アンモニアを分解したとき、処理対象ガス中や空気中の酸素と当該熱分解によって発生した窒素とが高温下で反応し、光化学スモッグや酸性雨等を引き起こす大気汚染原因物質である一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物が発生してしまうことから、アンモニアを熱分解した後、さらに脱硝触媒（例えば、特許文献１）等によって窒素酸化物を処理対象ガスから除去する手間を要するといった問題があった。【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、アンモニアを熱分解によって除害する際に、窒素酸化物が発生するのを回避することができるアンモニア除害装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明は、
「電気ヒータ１４と、
アンモニアを含む処理対象ガスＦを受け入れるとともに、前記電気ヒータ１４からの熱により、前記アンモニアを無酸素状態で熱分解するアンモニア分解室２４と、
前記アンモニア分解室２４から排出された、前記アンモニアの熱分解によって発生した窒素および水素を含む処理対象ガスＦを受け入れる熱分解ガス燃焼室２６と、
前記水素を燃焼させるための空気Ａを外部から前記熱分解ガス燃焼室２６に供給する空気供給手段１６とを備えていることを特徴とするアンモニア除害装置１０」である。【００１０】
本発明によれば、発生源（例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）系のＬＥＤ製造装置）から排出された、アンモニアを含む処理対象ガスＦは、アンモニア分解室２４に受け入れられ、当該アンモニア分解室２４で電気ヒータ１４からの熱により、アンモニアが無酸素状態で熱分解される。無酸素状態で熱分解されることにより、アンモニアは、下式のように、窒素と水素とに分解され、その一方で、アンモニア分解室２４中には酸素が存在しないことから、理論上、アンモニアの熱分解において窒素酸化物は発生しない（本発明において、熱源を電気ヒータ１４に限定しているのは、ガスバーナ等の燃焼用空気を必要とする熱源と比較して、確実に「無酸素状態」を実現できるからである。）。
２ＮＨ3  →  Ｎ2  ＋  ３Ｈ2【００１１】
窒素および水素を含んだ熱分解後の処理対象ガスＦは、熱分解ガス燃焼室２６に受け入れられ、ここに空気供給手段１６によって外部からの空気Ａが供給されることにより、下式のように当該空気Ａ中の酸素と水素とが結合して（すなわち、水素が燃焼して）水が生じる。
２Ｈ2  ＋  Ｏ2  →  ２Ｈ2Ｏ【００１２】
以上のように、本発明のアンモニア除害装置１０によれば、窒素酸化物を発生させることなく、アンモニアを分解除害して窒素および水にすることができる。【００１３】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のアンモニア除害装置１０の改良に関し、「前記アンモニア分解室２４と前記熱分解ガス燃焼室２６とは、両室における流れ方向の断面積よりも小さな断面積を有する縮径部２２を介して互いに連通されている」ことを特徴とする。【００１４】
本発明のアンモニア除害装置１０において、アンモニア分解室２４で熱分解処理された後の処理対象ガスＦは、熱分解ガス燃焼室２６に導入される前に断面積の小さな縮径部２２を通過するようになっている。処理対象ガスＦが縮径部２２において急収縮し、然る後、熱分解ガス燃焼室２６に入ってから急膨張することによって乱流が発生することから、空気供給手段１６によって熱分解ガス燃焼室２６に導入された空気Ａと熱分解後（すなわち、水素を含有する）処理対象ガスＦとの撹拌が促進される。これにより、処理対象ガスＦ中の水素が空気Ａ中の酸素と接触する確率が高まり、水素が未燃焼のままで熱分解ガス燃焼室２６から排出されるおそれを低下させることができる。【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載のアンモニア除害装置１０の改良に関し、
「前記空気供給手段１６は、前記アンモニア分解室２４からの処理対象ガスＦに含まれる水素を燃焼させるのに必要な量の空気Ａ、および前記熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理対象ガスＦの温度を低下させる空気Ａを前記熱分解ガス燃焼室２６に供給する」ことを特徴とする。【００１６】
本発明によれば、空気供給手段１６から、処理対象ガスＦに含まれる水素を燃焼させるのに必要な量の空気Ａに加えて、熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理済みの処理対象ガスＦ（以下、「処理済みガスＶ」という。）の温度を低下させる空気Ａを熱分解ガス燃焼室２６に供給するようになっているので、当該熱分解ガス燃焼室２６から排出される際の処理済みガスＶを所望の温度にすることができる。例えば、熱分解ガス燃焼室２６から排出された処理済みガスＶが保有する熱を再利用するための熱交換器１８が熱分解ガス燃焼室２６の下流側に設けられているような場合において、排出される処理済みガスＶの温度を当該熱交換器１８の耐熱温度以下に低下させることができる。【００１７】
請求項４に記載した発明は、請求項１から３のいずれかに記載のアンモニア除害装置１０の改良に関し、
「前記アンモニアを含む処理対象ガスＦは、酸化することによって粉体になる被酸化物質をさらに含んでおり、
内部空間１５６ａを有する外側ケーシング１５６と、有底筒状で、天端が前記外側ケーシング１５６の天井内面１５６ｂから離間した状態で前記外側ケーシング１５６の前記内部空間１５６ａに配設された内側ケーシング１５８とを備えるケーシング１２を有しており、
前記アンモニア分解室２４は、前記内側ケーシング１５８の内部空間１５８ａに形成されており、
前記熱分解ガス燃焼室２６は、前記内側ケーシング１５８の外面と、前記外側ケーシング１５６の内面との間に形成されており、
前記空気供給手段１６は、前記アンモニア分解室２４からの処理対象ガスＦに含まれる水素および被酸化物質を燃焼・酸化させる空気Ａを前記熱分解ガス燃焼室２６に供給する第１空気供給手段１６６と、前記熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理対象ガスＦの温度を低下させる空気Ａを前記第１空気供給手段１６６よりも下流側の前記熱分解ガス燃焼室２６に供給する第２空気供給手段１６８とを備えている」ことを特徴とする。【００１８】
本発明によれば、アンモニア、および、酸化することによって粉体になる被酸化物質（例えば、ＧａＮ 系のＬＥＤ製造装置から排出される処理対象ガスＦであれば、Ｇａ［ガリウム］がこれに当たる）を含む処理対象ガスＦが、内側ケーシング１５８の内側に形成されたアンモニア分解室２４に導入されることにより、上述のようにアンモニアが窒素と水素とに熱分解される。【００１９】
その後、処理対象ガスＦは、内側ケーシング１５８の天端と外側ケーシング１５６の天井内面１５６ｂとの間を通過して熱分解ガス燃焼室２６（＝内側ケーシング１５８の外面と外側ケーシング１５６の内面との間の空間）に入り、この処理対象ガスＦに対して、先ず第１空気供給手段１６６から、水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な空気Ａが供給される。供給された空気Ａ中の酸素により、水素が燃焼して水になるとともに、被酸化物質が酸化されて粉状の酸化物（上記例であればＧａ2Ｏ3［酸化ガリウム］）が生成される。【００２０】
この第１空気供給手段１６６から供給される空気Ａは、処理対象ガスＦに含まれる水素および被酸化物質を燃焼・酸化させる酸素源であり、燃焼・酸化の反応熱によって処理対象ガスＦは高温になる（例えば、１３００℃）。高温になった処理対象ガスＦからの熱は、内側ケーシング１５８を伝ってその内側のアンモニア分解室２４にある処理対象ガスＦを加熱することから、電気ヒータ１４の稼働率を下げてもアンモニア分解室２４の温度を維持できるようになる点で好適である。【００２１】
これにより、酸化することによって粉体になる被酸化物質を含んでおり、熱処理後は粉体を含むことから一般的な熱交換器を通すことができず熱の再利用が難しい処理対象ガスＦであっても、この粉体による流路の閉塞といった問題を生じさせることなく、熱分解ガス燃焼室２６で生じた熱を無駄なく利用して省エネ稼働を実現することができる。【００２２】
さらに言えば、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が濃ければ、熱分解ガス燃焼室２６で発生する熱量が増えてアンモニア分解室２４を高温に維持することができるので、電気ヒータ１４の稼働を止めても処理対象ガスＦの処理を継続できるようになる。【００２３】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載のアンモニア除害装置１０の改良に関し、「前記第１空気供給手段１６６から供給される前記空気Ａの量は、前記熱分解ガス燃焼室２６の温度が窒素酸化物の生成温度よりも低くなるように、理論空気量よりも少なく設定されており、
前記第２空気供給手段１６８から供給される前記空気Ａの量は、前記熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理対象ガスＦの温度を低下させるとともに、前記第１空気供給手段１６６からの前記空気Ａで燃焼・酸化されなかった水素および被酸化物質を燃焼・酸化するように調整されている」ことを特徴とする。【００２４】
第１空気供給手段１６６から供給される空気Ａの量を、「水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な量」である理論空気量よりも少なく設定することにより、処理対象ガスＦに含まれているアンモニアの量が多く、熱分解後の水素の量が多くなる場合等であっても、燃焼・酸化による反応熱の発生を抑えることができる。これにより、熱分解ガス燃焼室２６の温度が高くなりすぎて窒素酸化物（ＮＯｘ）が生じるのを回避することができる。なお、第１空気供給手段１６６からの空気Ａで燃焼・酸化されなかった水素および被酸化物質は、第２空気供給手段１６８からの空気Ａで燃焼・酸化することになる。【００２５】
請求項６に記載した発明は、請求項１に記載のアンモニア除害装置１０の改良に関し、「蓄熱用充填材１０４がそれぞれ充填された３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、
アンモニアを含む前記処理対象ガスＦを供給する処理対象ガス供給手段１５と、
前記水素を燃焼させた後の処理済みガスＶを排出する処理済みガス排出手段１７とをさらに備えており、
前記各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃにおける一方端部どうしは互いに連通されているとともに、
前記各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃにおける他方端には、前記処理対象ガスＦまたは前記空気供給手段１６からの空気Ａを受け入れ、あるいは前記処理済みガスＶを排出するための吸排気孔１０５が設けられており、
前記処理対象ガス供給手段１５、前記空気供給手段１６、および前記処理済みガス排出手段１７は、前記各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの前記吸排気孔１０５への接続状態を互いに重複することなく切り替えることができるようになっている」ことを特徴とする。【００２６】
この発明によれば、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの吸排気孔に対し、処理対象ガス供給手段１５、空気供給手段１６、あるいは処理済みガス排出手段１７が互いに重複することなく接続される。これにより、３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、各手段の接続状態に応じて、アンモニア分解室２４、熱分解ガス燃焼室２６、および空気供給路１２４となる。【００２７】
処理対象ガス供給手段１５によってアンモニア分解室２４に供給された処理対象ガスＦは、アンモニア分解室２４（＝通流路１０２ａ）内に充填された蓄熱用充填材１０４を通りつつ、酸素の無い状態で電気ヒータ１４からの熱を受けることにより、アンモニア分解室２４の一方端部に到達した段階で、処理対象ガスＦ中のアンモニアは、窒素と水素とに分解される。【００２８】
然る後、窒素および水素を含んだ熱分解後の処理対象ガスＦは、アンモニア分解室２４の一方端部から熱分解ガス燃焼室２６（＝通流路１０２ｂ）の一方端部に入り、ここで、空気供給路１２４の一方端部から流入してきた空気Ａと混合されることにより、当該空気Ａ中の酸素と水素とが結合して（すなわち、水素が燃焼して）水が生じる。これにより、アンモニアは、無害な窒素および水に分解除害され、処理対象ガスＦは、処理済みガスＶとなる。処理済みガスＶは、熱分解ガス燃焼室２６を通り、処理済みガス排出手段１７によって外部へ排出される。【００２９】
このとき、熱分解ガス燃焼室２６に対応する通流路１０２ｂに設けられた蓄熱用充填材１０４には、水素を燃焼させた後の高温の処理済みガスＶからの熱が溜められ、当該蓄熱用充填材１０４に熱が奪われることによって温度が低下した処理済みガスＶが処理済みガス排出手段１７を通じて外部へ排出される。【００３０】
当該蓄熱用充填材１０４が十分に蓄熱した段階で、処理対象ガス供給手段１５、空気供給手段１６、および処理済みガス排出手段１７の接続状態を切り替え、直前に熱分解ガス燃焼室２６であった通流路１０２ｂをアンモニア分解室２４とし、アンモニア分解室２４であった通流路１０２ａを空気供給路１２４とし、さらに、空気供給路１２４であった通流路１０２ｃを熱分解ガス燃焼室２６とする。【００３１】
これにより、アンモニアを含む処理対象ガスＦは、十分に蓄熱された蓄熱用充填材１０４からの熱を受けることができるので、アンモニアの熱分解に必要な電気ヒータ１４からの熱は、少量、あるいは不要となる。【００３２】
また、直前までアンモニア分解室２４であった通流路１０２ａの蓄熱用充填材１０４にも電気ヒータ１４からの熱が蓄積されていることから、接続状態を切り替えた後では、空気供給手段１６からの空気Ａが当該蓄熱用充填材１０４の熱を受けるようになり、熱分解ガス燃焼室２６に導入される前の空気Ａを予熱することができるようになる。【００３３】
さらに、直前まで空気供給路１２４であった通流路１０２ｃの蓄熱用充填材１０４は、空気供給手段１６からの空気Ａの温度（例えば、外気温度）近くまで下がっているので、接続状態を切り替えた後において、当該蓄熱用充填材１０４を通過する高温の処理済みガスＶを十分に冷却することができるようになる。【００３４】
このように、熱分解ガス燃焼室２６に対応する通流路１０２ｂの蓄熱用充填材１０４が十分に蓄熱したこと、あるいはアンモニア分解室２４に対応する通流路１０２ａの蓄熱用充填材１０４における蓄熱量が所定のレベル以下になったタイミングで、順次、接続状態を切り替えていくことにより、電気ヒータ１４を停止し、あるいは電気ヒータ１４の発熱量を小さく（つまり、消費電力量を小さく）して、アンモニアの熱分解を継続することができるようになる。【００３５】
加えて、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が十分に高くなれば、その分、熱分解によって生成される水素の量も多くなることから、当該水素を燃焼させた処理済みガスＶの温度も高くなっていく。このため、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が十分に高くなれば、上述のように電気ヒータ１４を停止して、外部からのエネルギーを必要としないアンモニアの熱分解サイクルを確立することができ、さらにアンモニア濃度が高くなれば、余剰の熱量で例えば水蒸気を作るといったように、余熱利用を行うことができるようになる。つまり、アンモニアを燃料として使用できるようになる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、アンモニアを熱分解によって除害する際に、窒素酸化物が発生するのを回避することができるアンモニア除害装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用された第１実施例のアンモニア除害装置に係るフロー図である。
【図２】第１実施例の他の実施例に係るアンモニア除害装置の断面図である。
【図３】第１実施例の他の実施例に係るアンモニア除害装置のフロー図である。
【図４】第１実施例の別の実施例に係るアンモニア除害装置のフロー図である。
【図５】本発明が適用された第２実施例のアンモニア除害装置に係る斜視図である。
【図６】第２実施例に係るアンモニア除害装置のフロー図である。
【図７】第２実施例に係る他の実施例を示すフロー図である。
【図８】図６の状態から、処理対象ガス等供給先を切り替えた状態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明が適用されたアンモニア除害装置１０の実施例について図面を用いて説明する。第１実施例に係るアンモニア除害装置１０は、ケーシング１２内部が上下に二分割、あるいは内外に二分割されており、上層（内側）がアンモニア分解室２４、下層（外側）が熱分解ガス燃焼室２６となっている。また、第２実施例に係るアンモニア除害装置１０は、円筒状のケーシング１２内部が周方向に三分割されて３つの通流路１０２が構成されており、これら通流路１０２に対する処理対象ガスＦ、空気Ａ、および処理済みガスＶの導入／排出口を切り替えることにより、各通流路１０２がそれぞれ順にアンモニア分解室２４、熱分解ガス燃焼室２６、および空気供給路１２４として使用されるようになっている。なお、第２実施例の説明における第１実施例との共通部分については、第１実施例の説明を援用してその説明を省略し、相違部分を中心に説明する。また、各符号に関し、各部位を上位概念で示す場合にはアルファベットの枝番をつけずアラビア数字のみで示し、各部位を区別する必要がある場合（すなわち下位概念で示す場合）にはアルファベット小文字の枝番をアラビア数字に付して区別する。
【００３９】
（第１実施例）
第１実施例に係るアンモニア除害装置１０は、図１に示すように、ケーシング１２と、電気ヒータ１４と、処理対象ガス供給手段１５と、空気供給手段１６と、処理済みガス排出手段１７と、必要に応じて設けられる熱交換器１８と、排気ファン２０とを備えている。
【００４０】
ケーシング１２は、内部空間１２ａを有しており、外側がステンレス等の金属で形成されているとともに、内側に必要な厚さおよび材質の耐火材が施されている。本実施例では、内部空間１２ａにおける高さ方向の略中央部に縮径部２２が耐火材で形成されており、当該縮径部２２を含む内部空間１２ａの上側がアンモニア分解室２４、下側が熱分解ガス燃焼室２６となっている。また、縮径部２２は、その中央部に、アンモニア分解室２４および熱分解ガス燃焼室２６における流れ方向の断面積よりも小さな断面積を有する縮径部連通孔２８を有しており、当該縮径部連通孔２８を介してアンモニア分解室２４および熱分解ガス燃焼室２６が互いに連通されている。また、縮径部連通孔２８には、後述するように高温側処理対象ガス供給ダクト４８が鉛直方向に挿設されるので、図２に示すように、当該高温側処理対象ガス供給ダクト４８がぐらつかないように、縮径部連通孔２８の周縁から中心に向けて支え部１３０（本実施例では４本であるが、本数は限定されるものではない。）を延出させてもよい。
【００４１】
また、ケーシング１２の側面における熱分解ガス燃焼室２６に対応する位置には、空気供給手段１６が接続される空気供給孔３０が形成されているとともに、当該空気供給孔３０よりも下方には、処理済みガスＶを外部に排出するための排出孔３２が形成されており、当該排出孔３２には、熱分解ガス燃焼室２６と熱交換器１８内とを互いに連通する高温側排出ダクト３８が接続されている。また、高温側排出ダクト３８には、処理済み排ガスの温度を測定するための温度計４０が取り付けられており、温度計４０で測定した温度信号は、空気供給ファン３４（後述）を制御する空気供給ファン制御装置４２（後述）に送られる。
【００４２】
なお、本実施例におけるケーシング１２は、上下二分割になっており、天面が開口した下部ケーシング１２ｂに対し、底部に縮径部２２が形成された上部ケーシング１２ｃを載置した後、気密固定することにより、ケーシング１２が完成する。もちろん、上下一体型のケーシング１２としてもよいし、三分割以上としてもよいことは言うまでもない。
【００４３】
電気ヒータ１４は、アンモニアを熱分解可能な温度までアンモニア分解室２４を昇温するためものであり、本実施例では、図示しない給電線を介して給電される電気式シーズヒータ（もちろん、電気ヒータであれば、他のタイプでもよい。）がケーシング１２の天面からアンモニア分解室２４内に挿設されている。
【００４４】
処理対象ガス供給手段１５は、アンモニアを含む処理対象ガスＦをアンモニア分解室２４に供給するためのものであり、本実施例では、発生源からの処理対象ガスＦを熱交換器１８に供給する低温側処理対象ガス供給ダクト４６と、熱交換器１８で昇温された処理対象ガスＦをアンモニア分解室２４に供給する高温側処理対象ガス供給ダクト４８とで構成されている。
【００４５】
高温側処理対象ガス供給ダクト４８は、熱分解ガス燃焼室２６に対応するケーシング１２の側面を貫通して当該熱分解ガス燃焼室２６内に入った後、図中上方に向けて延び、その先端が縮径部２２に形成された縮径部連通孔２８を通ってアンモニア分解室２４内に達している。これにより、高温側処理対象ガス供給ダクト４８内を通流する処理対象ガスＦは、熱分解ガス燃焼室２６およびアンモニア分解室２４内の熱を受けることができ、高温側処理対象ガス供給ダクト４８から排出される段階では十分な高温になっており、アンモニア分解室２４の温度を維持するために必要な電気ヒータ１４からの熱量を小さくすることができる。
【００４６】
また、本実施例では、高温窒素Ｎを処理対象ガスＦに導入するための高温窒素導入ダクト５２が低温側処理対象ガス供給ダクト４６に接続されており、装置１０の起動時等、熱交換器１８に導入する前段階で処理対象ガスＦを加熱する必要がある場合に対応できるようになっている。
【００４７】
空気供給手段１６は、処理対象ガスＦ中のアンモニアを熱分解することによって生成された水素を燃焼させるための空気Ａを外部から熱分解ガス燃焼室２６に供給するためのものであり、本実施例では、空気供給ファン３４と、空気供給ダクト３６と、空気供給ファン制御装置４２とで構成されている。なお、空気供給ダクト３６は、図中において縮径部２２のやや下の１カ所から供給されているが、空気Ａと処理対象ガスＦとの混合をより均一にするため、複数の空気供給ダクト３６を設け、ケーシング１２の全周から空気Ａを供給することもできる。また、図２に示すように、複数の空気供給ダクト３６をケーシング１２の接線方向に取り付け、空気Ａを熱分解ガス燃焼室２６内の接線方向に供給し、同室２６内で渦を生じさせるようにして、処理対象ガスＦと空気Ａとの混合を促進させるようにしてもよい。
【００４８】
空気供給ファン３４は、空気供給ダクト３６を介して外部の空気Ａをケーシング１２の空気供給孔３０から熱分解ガス燃焼室２６に供給するためのものであり、上述したように、高温側排出ダクト３８に取り付けられた温度計４０からの温度信号を受けた空気供給ファン制御装置４２によってその空気供給量が制御されている。
【００４９】
空気供給量の制御について具体的に説明すると、空気供給手段１６によって熱分解ガス燃焼室２６に供給される空気Ａには、２つの役割がある。１つ目は、アンモニアの熱分解
によって生成された水素を燃焼させるための酸素源としての役割であり、２つ目は、水素が燃焼することによってさらに高温になった処理済みガスＶを冷却する冷却空気としての役割である。本実施例のように、熱分解ガス燃焼室２６を出た処理済みガスＶを受け入れる熱交換器１８を設ける場合、処理済みガスＶの温度を当該熱交換器１８の耐熱温度（例えば、１０００℃）以下にしなければならない（熱交換器１８を設けない場合は、排気ファン２０の耐熱温度が問題となる。）。このため、空気供給ファン制御装置４２は、処理対象ガスＦに含まれるアンモニアの量から計算可能な酸素源としての空気量に、必要な冷却空気の量を加えた分を供給できるように空気供給ファン３４を制御できるようになっている。なお、図示しないが、よりきめ細やかな空気量制御を行う場合には、処理対象ガスＦの発生源から、あるいは処理対象ガス供給手段１５に設けたアンモニア濃度計等からの信号を空気供給ファン制御装置４２に導入し、空気供給ファン制御装置４２にて「酸素源としての空気量」および「冷却空気量」の両方を最適化させた空気量を供給できるように空気供給ファン３４を制御してもよい。
【００５０】
処理済みガス排出手段１７は、熱分解ガス燃焼室２６と熱交換器１８とを互いに連通する、上述した高温側排出ダクト３８と、熱交換器１８から排出された処理済みガスＶを排気ファン２０に導く低温側排出ダクト５０とで構成されている。もちろん、熱交換器１８を設けない場合には、熱分解ガス燃焼室２６と排気ファン２０とを互いに接続する１本の排出ダクトでよい。なお、本実施例では、熱交換器１８から排出された処理済みガスＶを最終希釈するための希釈空気ＫＡを供給する希釈空気供給ダクト５４が低温側排出ダクト５０に接続されている。
【００５１】
必要に応じて設けられる熱交換器１８は、熱分解ガス燃焼室２６から排出された高温の処理済みガスＶを、高温側排出ダクト３８を介して受け入れるとともに、低温側処理対象ガス供給ダクト４６を介して処理対象ガスＦを受け入れ、処理済みガスＶの熱で当該処理対象ガスＦを予熱することにより、アンモニア分解室２４に供給する処理対象ガスＦの温度をさらに高めて電気ヒータ１４によるエネルギー消費を少なくできるとともに、処理済みガスＶの温度を下げて熱による排気ファン２０の損傷を回避できる。なお、熱交換器１８の形式は、特に限定されるものではなく、シェルアンドチューブ型やプレート型等、どのようなものでも適用することができる。
【００５２】
排気ファン２０は、低温側排出ダクト５０を介して導入されてきた処理済みガスＶを外部の然るべき場所に排出し、アンモニア除害装置１０内を適切な負圧に維持するためのものであり、ターボファン、ラジアルファン、軸流ファン、あるいはシロッコファン等、どのような形式のファンでも使用することができる。
【００５３】
第１実施例に係るアンモニア除害装置１０を用いて処理対象ガスＦ中のアンモニアを除害する手順について説明する。最初に、電気ヒータ１４を起動してアンモニア分解室２４の昇温を開始する。アンモニア分解室２４内の温度がアンモニアの分解温度を十分に上回ったことを確認した後、空気供給手段１６における空気供給ファン３４を起動し、空気供給ダクト３６を介して、熱分解ガス燃焼室２６への空気Ａの供給を開始する。然る後、図示しない発生源から低温側処理対象ガス供給ダクト４６に対して、処理対象ガスＦの供給を開始する。
【００５４】
低温側処理対象ガス供給ダクト４６に供給された処理対象ガスＦは熱交換器１８に導入され、熱交換器１８内で熱分解ガス燃焼室２６から排出された熱風（処理開始段階では、未だ処理済みガスＶではなく、空気供給手段１６によって供給され、熱分解ガス燃焼室２６内で昇温された空気Ａが熱風として排出される。）からの熱を受けて昇温した後、高温側処理対象ガス供給ダクト４８内を通って熱分解ガス燃焼室２６を通過した後、アンモニア分解室２４内に放出される。
【００５５】
アンモニア分解室２４に放出されたアンモニアは、酸素の無い状態で電気ヒータ１４からの熱を受け、下式に示すように、窒素と水素とに分解される。このように無酸素状態でアンモニアを熱分解することにより、理論上、アンモニアの熱分解において窒素酸化物は発生しない。
２ＮＨ3  →  Ｎ2  ＋  ３Ｈ2
【００５６】
然る後、窒素および水素を含んだ熱分解後の処理対象ガスＦは、熱分解ガス燃焼室２６に受け入れられ、ここで空気供給手段１６によって外部からの空気Ａが供給されることにより、下式のように当該空気中の酸素と水素とが結合して（すなわち、水素が燃焼して）水が生じる。これにより、アンモニアは、無害な窒素および水に分解除害され、処理対象ガスＦは、処理済みガスＶとなる。
２Ｈ2  ＋  Ｏ2  →  ２Ｈ2Ｏ
【００５７】
アンモニア分解室２４で熱分解処理された後の処理対象ガスＦは、熱分解ガス燃焼室２６に導入される前に断面積の小さな縮径部２２の縮径部連通孔２８を通過するようになっている。処理対象ガスＦが縮径部２２において急収縮し、然る後、熱分解ガス燃焼室２６に入ってから急膨張することによって乱流が発生することから、空気供給手段１６によって熱分解ガス燃焼室２６に導入された空気Ａと熱分解後（すなわち、水素を含有する）処理対象ガスＦとの撹拌が促進される。これにより、処理対象ガスＦ中の水素が空気中の酸素と接触する確率が高まり、水素が未燃焼のままで熱分解ガス燃焼室２６から排出されるおそれを低減することができる。
【００５８】
熱分解ガス燃焼室２６から排出孔３２を通って排出された処理済みガスＶは、高温側排出ダクト３８を介して熱交換器１８に入り、新しい処理対象ガスＦとの間で熱交換を行うことによりその温度が低下し、然る後、熱交換器１８から排出され、低温側排出ダクト５０および排気ファン２０を介して外部へ放出される。
【００５９】
以上のように、本実施例のアンモニア除害装置１０によれば、窒素酸化物を発生させることなく、アンモニアを分解除害して窒素および水にすることができる。
【００６０】
加えて、空気供給手段１６の空気供給ファン制御装置４２が、処理対象ガスＦに含まれる水素を燃焼させるのに必要な量の空気Ａに加えて、処理対象ガスＦの温度を低下させる空気Ａを熱分解ガス燃焼室に供給するように空気供給ファン３４を制御するので、熱分解ガス燃焼室２６から排出される際の処理済みガスＶを所望の温度にすることができ、例えば、当該処理済みガスＶの温度を熱交換器１８の耐熱温度（例えば、１０００℃）以下に低下させることができる。
【００６１】
なお、上記実施例では、ケーシング１２の内部をアンモニア分解室２４と熱分解ガス燃焼室２６とに分けていたが、高温側処理対象ガス供給ダクト４８内を通流中に、処理対象ガスＦを電気ヒータ１４から受けた熱で十分に熱分解させることができる場合には、図３に示すように、高温側処理対象ガス供給ダクト４８内をアンモニア分解室２４とするとともに、ケーシング１２の内部を熱分解ガス燃焼室２６にすることもできる。これにより、ケーシング１２のサイズが同じであれば、熱分解ガス燃焼室２６の容積を大きくして、熱分解によって生成される水素と空気Ａ中の酸素とが接触する機会を増大させることができ、未燃焼の水素がケーシング１２から排出されるおそれをさらに低下させることができる。
【００６２】
また、アンモニア除害装置１０に供給される処理対象ガスＦが、アンモニアの他に、酸化することによって粉体になる被酸化物質を含んでいる場合、熱処理後の処理対象ガスＦには粉体が含まれることになる。この場合、上述した実施例のような熱交換器１８を使用するとこの熱交換器１８内に粉体が溜まってしまい、最悪の場合には、流路が塞がれることによって処理対象ガスＦの処理が継続出来なくなるおそれがある。
【００６３】
そこで、被酸化物質を含む処理対象ガスＦを処理するのに適したアンモニア除害装置１０として、図４に示すような実施例が考えられる。
【００６４】
この実施例に係るアンモニア除害装置１０は、上述したケーシング１２、電気ヒータ１４、処理対象ガス供給手段１５、および空気供給手段１６の他、ガス冷却器１５０と、循環水槽１５２と、出口スクラバー１５４とを備えている。
【００６５】
本実施例におけるケーシング１２は、外側ケーシング１５６と内側ケーシング１５８とを備えている。外側ケーシング１５６は、内部空間１５６ａを有する有蓋無底の筒状に形成されており、その材質は、上述したケーシング１２と同じである。内側ケーシング１５８は、無蓋有底の筒状に形成されており、その天端が外側ケーシング１５６の天井内面１５６ｂから離間した状態で、この外側ケーシング１５６の内部空間１５６ａに配設されている。また、電気ヒータ１４および処理対象ガス供給手段１５の処理対象ガス供給ダクト１６０が、外側ケーシング１５６の天面から図中下向きに内側ケーシング１５８の内部空間１５８ａまで延びている。とりわけ、処理対象ガス供給ダクト１６０の先端（図中下端）は、内側ケーシング１５８の底面の近傍に位置している。なお、前述の実施例のように、処理対象ガス供給ダクト１６０に図示しない高温窒素導入ダクトを接続してもよい。
【００６６】
これにより、内側ケーシング１５８の内部空間１５８ａがアンモニア分解室２４となり、内側ケーシング１５８の外面と外側ケーシング１５６の内面との間が熱分解ガス燃焼室２６となる。また、内側ケーシング１５８の天端と外側ケーシング１５６の天井内面１５６ｂとの間が縮径部２２となる。
【００６７】
さらに、内側ケーシング１５８の底部側面、およびこれに対向する外側ケーシング１５６の内面からは、それぞれ凸状部１６２が突設されており、それらの間で、流れ方向の断面積が狭い第２縮径部１６４が形成されている。この第２縮径部１６４は、必須の構成要素ではないが、これを形成することにより、熱分解ガス燃焼室２６内で乱流が生じて処理対象ガスＦの温度がより均一になることから、第２縮径部１６４を形成するのが好適である。
【００６８】
本実施例の空気供給手段１６は、アンモニア分解室２４からの処理対象ガスＦに含まれる水素および被酸化物質を燃焼・酸化させる、酸素源としての空気Ａを熱分解ガス燃焼室２６に供給する第１空気供給手段１６６と、熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理対象ガスＦの温度を低下させる空気Ａを第１空気供給手段１６６よりも下流側の熱分解ガス燃焼室２６に供給する第２空気供給手段１６８とを備えており、各空気供給手段１６６、１６８は、それぞれ、空気供給ファン３４と、空気供給ダクト３６とで構成されている。
【００６９】
また、各空気供給ファン３４は、熱分解ガス燃焼室２６の中央部および第２縮径部１６４よりも下流側に設けられた一対の温度計４０からの温度信号を受けた空気供給ファン制御装置４２によって空気供給量がそれぞれ制御されている。空気供給量の制御の一例としては、熱分解ガス燃焼室２６の中央部に取り付けた温度計４０からの温度信号に基づいて、所定の温度を維持するように第１空気供給手段１６６からの空気供給量を調節する。すなわち、温度が高い場合は、空気量を「水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な量」（＝当量・理論空気量）よりも少なくして発生する熱量を低減し、温度が低い場合は、より理論空気量に近い空気量に設定する。同時に、第２縮径部１６４よりも下流側に取り付けた温度計４０からの温度信号に基づいて、後流側のガス冷却器１５０に導入するのに適切な温度（例えば１０００℃）を維持するように第２空気供給手段１６８からの空気供給量を調節する。もちろん、空気供給量の制御方法は、これに限られるものではない。
【００７０】
ガス冷却器１５０は、第２縮径部１６４を通って外側ケーシング１５６の底部から排出された高温（例えば１０００℃）の処理済みガスＶ（処理対象ガスＦ）を冷却するためのものであり、本実施例では、内部に通流させた冷却水ＣＷと処理済みガスＶ（処理対象ガスＦ）との間で熱交換を行う水冷ジャケット構造が採用されているが、他の方式を採用してもよい。なお、空気供給手段１６の第２空気供給手段１６８から供給される冷却用の空気Ａの量を増加させ、循環水槽１５２に直接排出できる程度まで処理済みガスＶの温度を（例えば、４００℃まで）低下させる場合には、ガス冷却器１５０を設ける必要はない。
【００７１】
循環水槽１５２は、出口スクラバー１５４で噴射する水Ｗ（水Ｗに代えて、薬液でもよい）を貯留する水槽であり、その天面には、ガス冷却器１５０を通過した処理済みガスＶ（処理対象ガスＦ）を受け入れるガス冷却器取付孔１７０と、出口スクラバー１５４が取り付けられる出口スクラバー取付孔１７２とが設けられている。また、貯留された水Ｗの水面と循環水槽１５２の内側天面１５２ａとの間には、処理対象ガス通流空間１７４が形成されており、ガス冷却器取付孔１７０から循環水槽１５２内に流入してきた処理済みガスＶ（処理対象ガスＦ）は、この処理対象ガス通流空間１７４を通流した後、出口スクラバー取付孔１７２から排出されるようになっている。なお、貯留する水Ｗを冷却する水冷却器（図示せず）を設けてもよい。
【００７２】
出口スクラバー１５４は、その下端が循環水槽１５２の出口スクラバー取付孔１７２に取り付けられた筒体１７６と、筒体１７６の内側で図中下方に向けて（＝処理済みガスＶ（処理対象ガスＦ）の流れに対向するように）水Ｗを噴射する水噴射ノズル１７８と、一端が循環水槽１５２の底部に接続されているとともに、他端が水噴射ノズル１７８に接続された水配管１８０と、水配管１８０に取り付けられ、循環水槽１５２に貯留された水を水噴射ノズル１７８に送給する水送給ポンプ１８２とで構成されている。なお、図４中の符号１７７は、例えば、テラレット(登録商標)などの充填材を示している。出口スクラバー１５４の内部にこのような充填材１７７を配置することにより、水噴射ノズル１７８によって噴射される水Ｗと処理済みガスＶとの気液接触を効率よく行うことができるようになる。
【００７３】
本実施例では、処理対象ガス供給ダクト１６０を通って内側ケーシング１５８の内側、すなわちアンモニア分解室２４に供給された処理対象ガスＦは、酸素の無い状態で電気ヒータ１４等からの熱を受けて、窒素と水素とに分解される。このように無酸素状態でアンモニアを熱分解することにより、理論上、アンモニアの熱分解において窒素酸化物は発生しない。
【００７４】
然る後、熱分解後の処理対象ガスＦは、縮径部２２を通過して熱分解ガス燃焼室２６に入り、ここで第１空気供給手段１６６から供給された空気Ａにより、処理対象ガスＦ中の水素が燃焼するとともに、被酸化物質が酸化されて粉体となる。
【００７５】
燃焼・酸化が行われた高温の処理対象ガスＦは、次に第２空気供給手段１６８からの空気Ａを受け、ガス冷却器１５０に導入できる程度の温度（例えば、１０００℃）まで冷却され、第２縮径部１６４を通ってケーシング１２から排出される。この段階で処理対象ガスＦは、処理済みガスＶとなる。
【００７６】
ケーシング１２から排出された処理済みガスＶは、ガス冷却器１５０を通過してさらに（例えば、４００℃まで）冷却され、循環水槽１５２内に導入される。然る後、循環水槽１５２から出口スクラバー１５４に入り、水噴射ノズル１７８から噴射された水Ｗによってさらに冷却されるとともに粉体が分離される。数十℃まで冷却されるとともに粉体が分離された処理済みガスＶは系外に排出される。
【００７７】
本実施例によれば、熱分解後の処理対象ガスＦは、内側ケーシング１５８の天端と外側ケーシング１５６の天井内面１５６ｂとの間の縮径部２２を通過して熱分解ガス燃焼室２６に入り、この処理対象ガスＦに対して、先ず第１空気供給手段１６６から、水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な量の空気Ａが供給される。供給された空気Ａ中の酸素により、水素が燃焼して水になるとともに、被酸化物質が酸化されて粉状の酸化物（上記例であればＧａ2Ｏ3［酸化ガリウム］）が生成される。
【００７８】
この第１空気供給手段１６６から供給される空気Ａの量を「水素および被酸化物質の燃焼・酸化に必要な量」（＝当量・理論空気量）に設定すると、燃焼・酸化の反応熱によって処理対象ガスＦは最も高温になる（例えば、１３００℃）。高温になった処理対象ガスＦからの熱は、内側ケーシング１５８を伝ってその内側のアンモニア分解室２４にある処理対象ガスＦを加熱することから、電気ヒータ１４の稼働率を下げてもアンモニア分解室２４の温度を維持できるようになる点で好適である。
【００７９】
これにより、酸化することによって粉体になる被酸化物質を含んでおり、熱処理後は粉体を含むことから熱交換器１８を通すことができない処理対象ガスＦであっても、この粉体による流路の閉塞といった問題を生じさせることなく、熱分解ガス燃焼室２６で生じた熱を無駄なく利用して省エネ稼働を実現することができる。
【００８０】
さらに言えば、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が濃ければ、熱分解ガス燃焼室２６で発生する熱量が増えてアンモニア分解室２４を高温に維持することができるので、電気ヒータ１４の稼働を止めても処理対象ガスＦの処理を継続できるようになる。
【００８１】
もちろん、第１空気供給手段１６６から供給される空気Ａの量を、熱分解ガス燃焼室２６の温度が窒素酸化物の生成温度よりも低くなるように、理論空気量よりも少なく設定するとともに、第２空気供給手段１６８から供給される空気Ａの量を、熱分解ガス燃焼室２６から排出される処理対象ガスＦの温度を低下させ、かつ、第１空気供給手段１６６からの空気Ａで燃焼・酸化されなかった水素および被酸化物質を燃焼・酸化するように調整してもよい。
【００８２】
これにより、処理対象ガスＦに含まれているアンモニアの量が多く、熱分解後の水素の量が多くなる場合等であっても、燃焼・酸化による反応熱の発生を抑えることができ、熱分解ガス燃焼室２６の温度が高くなりすぎて窒素酸化物（ＮＯｘ）が生じるのを回避することができる。なお、第１空気供給手段１６６からの空気Ａで燃焼・酸化されなかった水素および被酸化物質は、第２空気供給手段１６８からの空気Ａで燃焼・酸化することになる。
【００８３】
また、図示しないが、内側ケーシング１５８の内部空間１５８ａを臨む内面と外面との間に、アンモニア分解室２４としての内部空間１５８ａに供給される処理対象ガスＦが通流する処理対象ガス通流空間を形成してもよい。
【００８４】
具体的には、本実施例における内側ケーシング１５８の筒部を二重構造とし、この二重構造の内壁と外壁との間に処理対象ガス通流空間を形成する。その処理対象ガス通流空間は、アンモニア分解室２４に供給される処理対象ガスＦが通流する空間であり、内側ケーシング１５８の底部において内部空間１５８ａ（すなわちアンモニア分解室２４）に連通すると共に、内側ケーシング１５８の天部から外側ケーシング１５６を貫通して処理対象ガス供給手段１５に接続される。なお、内側ケーシング１５８の内部空間１５８ａと外側ケーシング１５６の内部空間１５６ａとは、内側ケーシング１５８の上部で連通している。
【００８５】
このように内側ケーシング１５８の筒部に処理対象ガス通流空間を設けることにより、その処理対象ガス通流空間を通流する処理対象ガスＦは、アンモニア分解室２４へ入る前に熱分解ガス燃焼室２６からの熱を受けて十分に予熱される。その結果、処理対象ガスＦ中のアンモニアはアンモニア分解室２４でより一層確実に分解されることになるのに加え、加熱に用いる電気ヒータ１４の電力使用量を抑えて省エネルギーに資することもできる。
【００８６】
（第２実施例）
次に、第２実施例に係るアンモニア除害装置１０について、図５および図６を用いて説明する。前述のように、第２実施例のアンモニア除害装置１０は、円筒状のケーシング１２内部が仕切板１００で周方向に三分割されることによって３つの通流路１０２が構成されており、処理対象ガスＦ、空気Ａ、および処理済みガスＶの導入／排出口を切り替えることにより、各通流路１０２がそれぞれ順にアンモニア分解室２４、熱分解ガス燃焼室２６、および空気供給路１２４として使用される。なお、第２実施例の説明における第１実施例との共通部分については、第１実施例の説明を援用してその説明を省略し、相違部分を中心に説明する。また、図６では、各ガス等の流れがわかりやすいように３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを並べて平面的に描いているが、両端の通流路１０２ａおよび１０２ｃは、互いに隣り合っている。
【００８７】
第２実施例に係るアンモニア除害装置１０は、ケーシング１２と、電気ヒータ１４と、処理対象ガス供給手段１５と、空気供給手段１６と、処理済みガス排出手段１７と、排気ファン２０とを備えている。
【００８８】
円筒状のケーシング１２は、内部空間１２ａを有しており、外側がステンレス等の金属で形成されているとともに、内側に必要な厚さおよび材質の耐火材が施されている。また、内部空間１２ａは、耐火材等の耐熱材料で形成された仕切板１００で周方向に三分割されており、この結果、ケーシング１２の高さ方向に３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに分けられている。
【００８９】
仕切板１００の図中下端は、ケーシング１２の内底面１２ｅに当接しており、その一方で、仕切板１００の図中上端は、ケーシング１２の内天面１２ｆから離間している。したがって、３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの一方端部（すなわち、図中上端側）は、ケーシング１２の上端部内において互いに連通している。
【００９０】
また、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの他方端、すなわち、ケーシング１２の内底面１２ｅにおける各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに対応する位置には、それぞれ、処理対象ガスＦまたは空気供給手段１６からの空気Ａを受け入れ、あるいは処理済みガスＶを排出するための吸排気孔１０５が形成されており、後述するように、処理対象ガス供給手段１５、空気供給手段１６、および処理済みガス排出手段１７が、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの吸排気孔１０５への接続状態を互いに重複することなく切り替えることができるようになっている。
【００９１】
なお、図６では、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの他方端に吸排気孔１０５が一つずつ形成されている例を示しているが、図７に示すように、当該吸排気孔１０５を、処理対象ガスＦを受け入れる処理対象ガス受入孔１０６、空気供給手段１６からの空気Ａを受け入れる空気受入孔１０８、および処理済みガスＶを排出するための処理済みガス排出孔１１０で構成し、各孔１０６、１０８、１１０に対応する処理対象ガス供給手段１５、空気供給手段１６、および処理済みガス排出手段１７をそれぞれ接続するようにしてもよい。
【００９２】
各通流路１０２の中央部には、蓄熱用充填材１０４がそれぞれ充填されている。この蓄熱用充填材１０４は、粒状、塊状、あるいは繊維状等のセラミックス等といった、蓄熱量および表面積が大きく、かつ、耐熱性を有する材料で形成されている。この蓄熱用充填材１０４の例としては、リシア質、コージェライト質、磁器質、あるいは多孔性磁器質等が使用されたハニカム状蓄熱体を挙げることができる。
【００９３】
電気ヒータ１４は、第１実施例と同じく、図示しない給電線を介して給電される電気式シーズヒータ（もちろん、電気ヒータであれば、他のタイプでもよい。）であり、本実施例では、３本の電気ヒータ１４が、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに対応するケーシング１２の内天面１２ｆからそれぞれ垂設されている。
【００９４】
本実施例の処理対象ガス供給手段１５は、発生源からの処理対象ガスＦを各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの吸排気孔１０５（あるいは処理対象ガス受入孔１０６）に供給するために下流側が３つに分岐しており、各下流端がそれぞれ吸排気孔１０５（あるいは処理対象ガス受入孔１０６）に接続された処理対象ガス供給ダクト１１２と、分岐位置よりも下流側の処理対象ガス供給ダクト１１２にそれぞれ取り付けられた３つの処理対象ガス切替バルブ１１４とで構成されている。
【００９５】
なお、当該処理対象ガス切替バルブ１１４、後述する空気供給切替バルブ１１６および処理済みガス切替バルブ１１８は、ボール弁や仕切弁等その形式はどのようなものであってもよく、さらに、手動弁でも自動弁でもよい。また、各切替バルブ１１４、１１６、１１８を１つの三方弁で構成することもできる。さらに、図示しないが、第１実施例にて説明したように、高温窒素を処理対象ガスＦに導入する高温窒素導入ダクト５２を処理対象ガス供給ダクト１１２に接続してもよい。
【００９６】
本実施例の空気供給手段１６は、処理対象ガスＦ中のアンモニアを熱分解することによって生成された水素を燃焼させるための空気Ａを外部から各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの吸排気孔１０５（あるいは空気受入孔１０８）に供給するため、下流側が３つに分岐しており、各下流端がそれぞれ吸排気孔１０５（あるいは空気受入孔１０８）に接続された空気供給ダクト１２０と、分岐位置よりも下流側の空気供給ダクト１２０にそれぞれ取り付けられた３つの空気供給切替バルブ１１６と、空気供給ファン３４と、空気供給ファン制御装置４２とで構成されている。なお、空気供給量の制御については、第１実施例にて説明した通りである。
【００９７】
本実施例の処理済みガス排出手段１７は、各通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから処理済みガスＶを排出するために上流側が３つに分岐しており、各上流端がそれぞれ吸排気孔１０５（あるいは処理済みガス排出孔１１０）に接続された処理済みガス排出ダクト１２２と、分岐位置よりも上流側の処理済みガス排出ダクト１２２にそれぞれ取り付けられた３つの処理済みガス切替バルブ１１８とで構成されている。処理済みガス排出ダクト１２２の下流端は、排気ファン２０に接続されている。なお、図示しないが、第１実施例と同じく、処理済みガスＶを最終希釈するための希釈空気ＫＡを供給するための希釈空気供給ダクト５４を処理済みガス排出ダクト１２２の下流側に接続してもよい。
【００９８】
次に、第２実施例に係るアンモニア除害装置１０を用いて処理対象ガスＦ中のアンモニアを除害する手順について説明する。最初に、３つの通流路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃをそれぞれアンモニア分解室２４、熱分解ガス燃焼室２６、および空気供給路１２４に設定する（図６では、通流路１０２ａをアンモニア分解室２４に、通流路１０２ｂを熱分解ガス燃焼室２６に、通流路１０２ｃを空気供給路１２４に設定している。）。然る後、アンモニア分解室２４に処理対象ガス供給ダクト１１２が、熱分解ガス燃焼室２６に処理済みガス排出ダクト１２２が、空気供給路１２４に空気供給ダクト１２０がそれぞれ互いに重複することなく接続されるように、処理対象ガス切替バルブ１１４、処理済みガス切替バルブ１１８、および空気供給切替バルブ１１６を設定する。
【００９９】
次に、アンモニア分解室２４にあたる通流路１０２ａに対応する電気ヒータ１４を起動してアンモニア分解室２４の昇温を開始する（このとき、他の電気ヒータ１４は停止しておいてよい。）。アンモニア分解室２４内の温度がアンモニアの分解温度を十分に上回ったことを確認した後、空気供給手段１６における空気供給ファン３４を起動し、空気供給ダクト１２０を介して、空気供給路１２４への空気Ａの供給を開始する。その後、図示しない発生源から処理対象ガス供給ダクト１１２に対して、処理対象ガスＦの供給を開始する。
【０１００】
処理対象ガス供給ダクト１１２に供給された処理対象ガスＦは、吸排気孔１０５を通ってアンモニア分解室２４内に供給され、アンモニア分解室２４（＝通流路１０２ａ）内に充填された蓄熱用充填材１０４を通りつつ、酸素の無い状態で電気ヒータ１４からの熱を受け、アンモニア分解室２４の上端部に到達した段階で、下式に示すように、窒素と水素とに分解されている。このように無酸素状態でアンモニアを熱分解することにより、理論上、アンモニアの熱分解において窒素酸化物は発生しない。
２ＮＨ3  →  Ｎ2  ＋  ３Ｈ2
【０１０１】
然る後、窒素および水素を含んだ熱分解後の処理対象ガスＦは、アンモニア分解室２４の上端部から、熱分解ガス燃焼室２６（＝通流路１０２ｂ）の上端部に入り、ここで、空気供給路１２４（＝通流路１０２ｃ）の上端部から流入してきた空気Ａと混合されることにより、下式のように当該空気Ａ中の酸素と水素とが結合して（すなわち、水素が燃焼して）水が生じる。これにより、アンモニアは、無害な窒素および水に分解除害され、処理対象ガスＦは、処理済みガスＶとなる。なお、水素が燃焼することにより、処理済みガスＶの温度は、アンモニアが熱分解された状態の処理対象ガスＦよりも高温になる。
２Ｈ2  ＋  Ｏ2  →  ２Ｈ2Ｏ
【０１０２】
処理済みガスＶは、熱分解ガス燃焼室２６を図中下方に進み、通流路１０２ｂに充填された蓄熱用充填材１０４を通過する際に熱が奪われることによって冷却される。蓄熱用充填材１０４を通過した処理済みガスＶは、処理済みガス排出ダクト１２２を通って排気ファン２０に入り、当該排気ファン２０から外部へ放出される。
【０１０３】
しばらく、この状態でアンモニア除害処理を継続した後、熱分解ガス燃焼室２６に充填された蓄熱用充填材１０４が十分に蓄熱した段階で、処理対象ガス供給手段１５、空気供給手段１６、および処理済みガス排出手段１７の接続状態を切り替え、図８に示すように、直前に熱分解ガス燃焼室２６であった通流路１０２ｂをアンモニア分解室２４とし、アンモニア分解室２４であった通流路１０２ａを空気供給路１２４とし、さらに、空気供給路１２４であった通流路１０２ｃを熱分解ガス燃焼室２６とする。また、通流路１０２ａの電気ヒータ１４を停止し、通流路１０２ｂの電気ヒータ１４を起動する。
【０１０４】
このように接続状態を切り替えることにより、直前まで熱分解ガス燃焼室２６であった通流路１０２ｂに導入された処理対象ガスＦは、処理済みガスＶによって十分に蓄熱された蓄熱用充填材１０４からの熱を受けることができるので、処理対象ガスＦ中のアンモニアを分解するための、通流路１０２ｂの電気ヒータ１４からの熱が少量でよくなり、さらに言えば、処理対象ガスＦ中のアンモニアの濃度が高ければ、水素の発生量が多くなって処理済みガスＶの温度も高くなり、電気ヒータ１４からの熱が不要にもなり得る。
【０１０５】
また、直前までアンモニア分解室２４であった通流路１０２ａの蓄熱用充填材１０４にも電気ヒータ１４からの熱が蓄積されていることから、上述のように接続状態を切り替えた後において、空気供給手段１６からの空気Ａが当該蓄熱用充填材１０４の熱を受けるようになり、熱分解ガス燃焼室２６に導入される前の空気Ａを予熱することができるようになる。
【０１０６】
さらに、直前まで空気供給路１２４であった通流路１０２ｃの蓄熱用充填材１０４は、空気供給手段１６からの空気Ａの温度（例えば、外気温度）近くまで下がっているので、上述のように接続状態を切り替えた後において、当該蓄熱用充填材１０４を通過する高温の処理済みガスＶを十分に冷却することができるようになる。
【０１０７】
このように、熱分解ガス燃焼室２６に対応する通流路１０２ｂの蓄熱用充填材１０４が十分に蓄熱したこと（例えば、熱分解ガス燃焼室２６における蓄熱用充填材１０４の入り口および出口における処理済みガスＶの温度が所定の温度差以下となった場合や、当該蓄熱用充填材１０４の出口における処理済みガスＶの温度が所定の温度以上になったことをもって「十分に蓄熱した」と判断することができる。）、あるいはアンモニア分解室２４に対応する通流路１０２ａの蓄熱用充填材１０４における蓄熱量が所定のレベル以下になったタイミング（例えば、アンモニア分解室２４における蓄熱用充填材１０４の入口および出口における処理対象ガスＦの温度が所定の温度差以下となった場合や、当該蓄熱用充填材１０４の出口における処理対象ガスＦの温度が所定の温度以下になったこともって「蓄熱量が所定レベル以下になった」と判断することができる。）で、順次、接続状態を切り替えていくことにより、電気ヒータ１４を停止し、あるいは電気ヒータ１４の発熱量を小さく（つまり、消費電力量を小さく）しつつ、アンモニアの熱分解を継続することができるようになる。
【０１０８】
加えて、上述のように、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が十分に高くなれば、その分、熱分解によって生成される水素の量も多くなることから、当該水素を燃焼させた処理済みガスＶの温度も高くなっていく。このため、処理対象ガスＦ中のアンモニア濃度が十分に高くなれば、上述のように電気ヒータ１４を停止して、外部からのエネルギーを必要としないアンモニアの熱分解サイクルを確立することができ、さらにアンモニア濃度が高くなれば、余剰の熱量で例えば水蒸気を作るといったように、余熱利用を行うことができるようになる。つまり、処理対象ガスＦ中のアンモニアを燃料として使用できるようになる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…アンモニア除害装置：１２…ケーシング：１４…電気ヒータ：１５…処理対象ガス供給手段：１６…空気供給手段：１７…処理済みガス排出手段：１８…熱交換器：２０…排気ファン：２２…縮径部：２４…アンモニア分解室：２６…熱分解ガス燃焼室：２８…縮径部連通孔：３０…空気供給孔：３２…排出孔：３４…空気供給ファン：３６…空気供給ダクト：３８…高温側排出ダクト：４０…温度計：４２…空気供給ファン制御装置：４６…低温側処理対象ガス供給ダクト：４８…高温側処理対象ガス供給ダクト：５０…低温側排出ダクト：５２…高温窒素導入ダクト：５４…希釈空気供給ダクト：１００…仕切板：１０２…通流路：１０４…蓄熱用充填材：１０５…吸排気孔：１０６…処理対象ガス受入孔：１０８…空気受入孔：１１０…処理済みガス排出孔：１１２…処理対象ガス供給ダクト：１１４…処理対象ガス切替バルブ：１１６…空気供給切替バルブ：１１８…処理済みガス切替バルブ：１２０…空気供給ダクト：１２２…処理済みガス排出ダクト：１２４…空気供給路：１３０…支え部：１５０…ガス冷却器：１５２…循環水槽：１５４…出口スクラバー：１５６…外側ケーシング：１５８…内側ケーシング：１６０…処理対象ガス供給ダクト：１６２…凸状部：１６４…縮径部：１６６…第１空気供給手段：１６８…第２空気供給手段：１７０…ガス冷却器取付孔：１７２…出口スクラバー取付孔：１７４…処理対象ガス通流空間：１７６…筒体：１７８…水噴射ノズル：１８０…水配管：１８２…水送給ポンプ：Ｆ…処理対象ガス：Ａ…空気：Ｖ…処理済みガス．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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