JP2020505218A5 - - Google Patents

Description

本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができ、それらの要素を均等物で置き換えることができることは当業者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正を加えることができる。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は本願の範囲内に含まれる全ての実施形態を含むことが意図されている。
［付記１］ 電気化学的リサイクルユニットを備える、水素の同位体をリサイクルするための電気化学的水素同位体リサイクル装置であって、前記電気化学的リサイクルユニットは、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に作動可能に配置された、同位体処理されたプロトン交換膜とを備え、前記同位体処理されたプロトン交換膜は、水素の前記同位体を含有する重水（Ｄ _２ ＯまたはＴ _２ Ｏ）をその中に有しており、前記装置は、水素の前記同位体を含有する供給流を受け取るように構成される、前記装置。
［付記２］ 加湿器または飽和器をさらに備え、前記加湿器または飽和器は、前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの上流に配置され、水素の前記同位体を含有する重水で前記供給流を加湿するように構成され、前記加湿器または飽和器は、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する同位体処理されたプロトン交換膜を備えており、前記飽和器は、前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの下流に配置され、前記カソードから生じた前記水素同位体を含有する前記重水を捕捉するように構成される、付記１に記載の装置。
［付記３］ 前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの下流に配置された除湿器をさらに備え、前記除湿器は、コールドトラップ、吸着剤、ポリマー膜、セラミック膜、フィルム、パラジウムセパレータ、または、圧力スイング吸収ユニットを備えており、前記除湿器は、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する同位体処理されたプロトン交換膜を備える、付記１に記載の装置。
［付記４］ 前記同位体が重水素または三重水素である、付記１に記載の装置。
［付記５］ 前記同位体処理されたプロトン交換膜が、ペルフルオロスルホン酸膜を備える、付記１に記載の装置。
［付記６］ 前記アノード、または前記カソード、または前記アノードおよび前記カソードの一方または両方に関連する界面層が、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する、アイオノマーまたは他の含水層を備える、付記１に記載の装置。
［付記７］ 前記装置で利用される重水を生成するための重水生成器をさらに備える、付記１に記載の装置。
［付記８］ 前記カソードが能動的または受動的な重水循環用に構成され、前記カソードが重水で能動的に冠水される、付記１に記載の装置。
［付記９］ 水素の前記同位体を備えるガスと少なくとも１つの他のガスとが含まれる入力混合ガスフローストリームを受け取るように構成されたプレフィルタトラップをさらに備え、前記プレフィルタトラップは、前記少なくとも１つの他のガスを捕捉するように構成され、カソード入口と前記重水を収容するリザーバとに流体連通する循環ポンプをさらに備え、このポンプは前記重水を前記カソード入口に向けてポンピングするように構成され、前記リザーバはカソード出口とも流体連通しており、前記カソード出口で生じた重水を受け取るように構成され、前記重水を収容するリザーバをさらに備え、このリザーバは、カソード入口の上方に配置されかつ前記カソード入口と流体連通する出口を有しており、前記カソード入口に前記重水を供給するように構成され、このリザーバは、当該リザーバのヘッドスペースに配置され、カソード出口と流体連通する入口を有し、前記カソード出口で生じた前記重水をバブルリフト法によって受け取るように構成される、付記１に記載の装置。
［付記１０］ 重水（Ｄ _２ ＯまたはＴ _２ Ｏ）を利用するプロトン交換装置を使用して高純度水素同位体生成物を製造するプロセスにおいて、前記装置のすべての通常水含有構成要素が、前記生成物の水素同位体を含有する重水を使用して、水素を前記水素同位体と交換するために前処理される、前記プロセス。
［付記１１］ 前記プロトン交換装置は、プロトン交換膜、またはプロトン交換膜を備える電気化学的ポンプを備え、前記プロトン交換膜はペルフルオロスルホン酸膜を備え、前記プロトン交換装置は重水を生成し、その装置から生成された前記重水は、それがアノード、カソード、または任意の流体流であるかどうかにかかわらず、コールドトラップ、吸着剤、圧力スイング吸収器、温度スイング吸収器、エンタルピー交換ユニット、エンタルピーホイール、パラジウム膜などの金属系セパレータなどの方法を含むがそれらに限定されない水回収技術によって回収される、付記１０に記載のプロセス。
［付記１２］プロトンを交換するために構成される前記プロトン交換装置の構成要素を前記重水にさらすことを備える、付記１０に記載のプロセス。
［付記１３］ 前記プロトン交換装置は、重水電気化学的ユニットの上流に重水加湿器を備え、前記プロセスは、前記重水加湿器からの前記重水（Ｄ _２ またはＴ _２ ）を備えるガス状同位体を、前記重水電気化学的スタックに供給することを備え、前記プロトン交換装置は、重水電気化学的ユニットの下流に重水飽和器を備え、前記プロセスは、前記重水電気化学的スタックから前記重水加湿器に向かう前記重水（Ｄ _２ またはＴ _２ ）を備える前記ガス状同位体を受け取ることを備え、前記プロトン交換装置は、前記カソードの下流に、前記カソードから生じた前記重水を吸着するように構成される圧力スイング吸収器を備え、前記圧力スイング吸収器は、前記プロセス内の前記重水または水蒸気をリサイクルするように構成され、当該リサイクル重水または水蒸気は、重水加湿器または飽和器または前記アノードに向けてリサイクルされる、付記１０に記載のプロセス。
［付記１４］ アノードおよびカソードの排気流または出力流が重水（Ｄ _２ ＯまたはＴ _２ Ｏ）を含有し、それによって前記重水が前記アノードおよび前記カソードで水回収システムによって回収される、付記１０に記載のプロセス。
［付記１５］ 前記プロトン交換装置は重水生成器を備え、前記重水生成器は前記プロトン交換装置の他の構成要素による利用のために重水を生成し、前記カソードは前記重水で能動的に冠水され、前記カソードはバブルリフト法により前記重水で受動的に冠水される、付記１０に記載のプロセス。
［付記１６］ 前記プロトン交換装置は、カソード入口と前記重水を収容するリザーバとに流体連通する循環ポンプをさらに備え、このポンプは前記重水を前記カソード入口に向けてポンピングするように構成され、前記リザーバはカソード出口とも流体連通しており、前記カソード出口で生じた重水を受け取るように構成され、前記プロトン交換装置は、前記重水を収容するリザーバをさらに備え、このリザーバは、カソード入口の上方に配置されかつ前記カソード入口と流体連通する出口を有しており、前記カソード入口に前記重水を供給するように構成され、このリザーバは、当該リザーバのヘッドスペースに配置されカソード出口と流体連通する入口を有し、前記カソード出口で生じた前記重水を前記バブルリフト法を用いて受け取るように構成される、付記１５に記載のプロセス。
［付記１７］ 前記装置は、水素の前記同位体を備えるガスと少なくとも１つの他のガスとが含まれる入力混合ガスフローストリームを受け取るように構成されたプレフィルタトラップをさらに備え、前記プロセスは、前記少なくとも１つの他のガスを捕捉することを備える、付記１に記載のプロセス。
［付記１８］ 水素の同位体をリサイクルするための水素同位体リサイクル装置であって、プロトン交換ユニットを備え、このプロトン交換ユニットは、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に作動可能に配置された、同位体処理されたプロトン交換媒体とを備え、前記同位体処理されたプロトン交換媒体は、水素の前記同位体を含有する重水（Ｄ _２ ＯまたはＴ _２ Ｏ）をその中に有し、前記装置は、水素の前記同位体を含有する供給流を受け取るように構成される、水素同位体リサイクル装置。

Claims (10)

1. 電気化学的リサイクルユニットを備える、水素の同位体をリサイクルするための電気化学的水素同位体リサイクル装置であって、前記電気化学的リサイクルユニットは、
   アノードと、
   カソードと、
   前記アノードと前記カソードとの間に作動可能に配置された、同位体処理されたプロトン交換膜とを備え、前記同位体処理されたプロトン交換膜は、水素の前記同位体を含有する重水（Ｄ_２ＯまたはＴ_２Ｏ）をその中に有しており、前記装置は、水素の前記同位体を含有する供給流を受け取るように構成される、前記装置。
2. 前記同位体が重水素または三重水素である、請求項１に記載の装置。
3. 加湿器または飽和器をさらに備え、前記加湿器または飽和器は、前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの上流に配置され、水素の前記同位体を含有する重水で前記供給流を加湿するように構成され、前記加湿器または飽和器は、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する同位体処理されたプロトン交換膜を備えており、前記飽和器は、前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの下流に配置され、前記カソードから生じた前記水素同位体を含有する前記重水を捕捉するように構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記電気化学的リサイクルユニットと流体連通しかつ前記電気化学的リサイクルユニットの下流に配置された除湿器をさらに備え、前記除湿器は、コールドトラップ、吸着剤、ポリマー膜、セラミック膜、フィルム、パラジウムセパレータ、または、圧力スイング吸収ユニットを備えており、前記除湿器は、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する同位体処理されたプロトン交換膜を備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記アノード、または前記カソード、または前記アノードおよび前記カソードの一方または両方に関連する界面層が、水素の前記同位体を含有する重水をその中に有する、アイオノマーまたは他の含水層を備えるか、または、
   前記装置は前記装置で利用される重水を生成するための重水生成器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
6. 重水（Ｄ_２ＯまたはＴ_２Ｏ）を利用するプロトン交換装置を使用して高純度水素同位体生成物を製造するプロセスにおいて、前記装置のすべての通常水含有構成要素が、前記生成物の水素同位体を含有する重水を使用して、水素を前記水素同位体と交換するために前処理される、前記プロセス。
7. 前記プロトン交換装置は、プロトン交換膜、またはプロトン交換膜を備える電気化学的ポンプを備え、前記プロトン交換膜はペルフルオロスルホン酸膜を備え、前記プロトン交換装置は重水を生成し、その装置から生成された前記重水は、それがアノード、カソード、または任意の流体流であるかどうかにかかわらず、コールドトラップ、吸着剤、圧力スイング吸収器、温度スイング吸収器、エンタルピー交換ユニット、エンタルピーホイール、パラジウム膜などの金属系セパレータなどの方法を含むがそれらに限定されない水回収技術によって回収される、請求項６に記載のプロセス。
8. プロトンを交換するために構成される前記プロトン交換装置の構成要素を前記重水にさらすことを備える、請求項６に記載のプロセス。
9. 前記プロトン交換装置は、重水電気化学的ユニットの上流に重水加湿器を備え、前記プロセスは、前記重水加湿器からの前記重水（Ｄ_２またはＴ_２）を備えるガス状同位体を、前記重水電気化学的スタックに供給することを備え、
   前記プロトン交換装置は、重水電気化学的ユニットの下流に重水飽和器を備え、前記プロセスは、前記重水電気化学的スタックから前記重水加湿器に向かう前記重水（Ｄ_２またはＴ_２）を備える前記ガス状同位体を受け取ることを備え、
   前記プロトン交換装置は、前記カソードの下流に、前記カソードから生じた前記重水を吸着するように構成される圧力スイング吸収器を備え、前記圧力スイング吸収器は、前記プロセス内の前記重水または水蒸気をリサイクルするように構成され、当該リサイクル重水または水蒸気は、重水加湿器または飽和器または前記アノードに向けてリサイクルされる、請求項６に記載のプロセス。
10. 前記プロトン交換装置は重水生成器を備え、前記重水生成器は前記プロトン交換装置の他の構成要素による利用のために重水を生成し、前記カソードは前記重水で能動的に冠水され、前記カソードはバブルリフト法により前記重水で受動的に冠水される、請求項６に記載のプロセス。