JP2601821B2 - 水蒸気の電解装置 - Google Patents
水蒸気の電解装置Info
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- JP2601821B2 JP2601821B2 JP62131744A JP13174487A JP2601821B2 JP 2601821 B2 JP2601821 B2 JP 2601821B2 JP 62131744 A JP62131744 A JP 62131744A JP 13174487 A JP13174487 A JP 13174487A JP 2601821 B2 JP2601821 B2 JP 2601821B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水蒸気を電気分解する水蒸気の電解装置に関
するものである。
するものである。
（従来の技術） 核融合炉システムでは，燃料としてのトリチウムが種
々の過程でトリチウム水に転換されて，回収される。例
えばブランケツトやスイープガス中の増殖トリチウム，
プラズマ排ガス中のトリチウムを含む不純物が触媒酸化
及び吸着・冷却操作によりトリチウム水として分離，回
収され，その後，同トリチウム水が適当な方法により水
素の化学形に戻されて，燃料として使用される。トリチ
ウム水の分離方法としては，（Ｉ）水成ガス転換反応法
（触媒還元法）及び活性金属還元法等の気相分割法と，
（II）高濃度トリチウム水分解法及び固体高分子電解質
電解法等の湿式分解法とが考えられている。
々の過程でトリチウム水に転換されて，回収される。例
えばブランケツトやスイープガス中の増殖トリチウム，
プラズマ排ガス中のトリチウムを含む不純物が触媒酸化
及び吸着・冷却操作によりトリチウム水として分離，回
収され，その後，同トリチウム水が適当な方法により水
素の化学形に戻されて，燃料として使用される。トリチ
ウム水の分離方法としては，（Ｉ）水成ガス転換反応法
（触媒還元法）及び活性金属還元法等の気相分割法と，
（II）高濃度トリチウム水分解法及び固体高分子電解質
電解法等の湿式分解法とが考えられている。
上記（Ｉ）の気相分解法は，トリチウムのインベント
リーが少なく，且つ，連続操作が可能であり，操作温度
が比較的低い等の利点がある反面，水成ガス転換反応法
は，副成分としての還元ガスが水素（トリチウム）中に
混入する。また活性金属還元法は，活性金属が金属酸化
物を生成して消耗するため，放射性固体廃棄物を発生さ
せる等の欠点があった。
リーが少なく，且つ，連続操作が可能であり，操作温度
が比較的低い等の利点がある反面，水成ガス転換反応法
は，副成分としての還元ガスが水素（トリチウム）中に
混入する。また活性金属還元法は，活性金属が金属酸化
物を生成して消耗するため，放射性固体廃棄物を発生さ
せる等の欠点があった。
一方，上記（II）の湿式分解法は，工業的に応用され
ているが，高濃度トリチウム水分解法は，トリチウムの
インベントリが極めて多くて，バツチ的操作になる上
に，電解ガス（水素及び酸素）中への水蒸気の混入防止
及び水素と酸素との完全分解が容易でない。また固体高
分子電解質電解法は，放射線による材料の劣化が避けら
れない。
ているが，高濃度トリチウム水分解法は，トリチウムの
インベントリが極めて多くて，バツチ的操作になる上
に，電解ガス（水素及び酸素）中への水蒸気の混入防止
及び水素と酸素との完全分解が容易でない。また固体高
分子電解質電解法は，放射線による材料の劣化が避けら
れない。
以上のトリチウム分解法に対して固定電解質セルを使
用したトリチウム水分解法は，湿式分解法に求められて
いる条件の全てを満足することができる。即ち，セル
は，セラミツク及び貴金属により構成されているため，
放射線による損傷，腐食，劣化，及びトリチウム透過の
惧れが少ない。また水蒸気の電解であるため，気相での
連続処理が可能になり，トリチウムのインベントリも極
めて少ない。さらに電解生成物である酸素が酸素イオン
のみを通すイオン導電体であるため，トリチウム（水
素）とトリチウム水蒸気とが完全に分離されて，トリチ
ウム汚染の危険が極めて少ない。
用したトリチウム水分解法は，湿式分解法に求められて
いる条件の全てを満足することができる。即ち，セル
は，セラミツク及び貴金属により構成されているため，
放射線による損傷，腐食，劣化，及びトリチウム透過の
惧れが少ない。また水蒸気の電解であるため，気相での
連続処理が可能になり，トリチウムのインベントリも極
めて少ない。さらに電解生成物である酸素が酸素イオン
のみを通すイオン導電体であるため，トリチウム（水
素）とトリチウム水蒸気とが完全に分離されて，トリチ
ウム汚染の危険が極めて少ない。
このトリチウム水分解法の実施に使用する水蒸気電解
装置の従来例を第８図により説明すると，（１）がフラ
ンジ，（２）がセル容器，（３）が上記フランジ（１）
から上記セル容器（２）内に垂下した中空の固体電解質
セルで，同固体電解質セル（３）が複数本あり，これら
が同様に垂下している。また（４）が同固体電解質セル
（３）の上部に設けたベローズ，（５）が同固体電解質
セル（３）の周りに配設した均熱管，（15）が上記セル
容器（２）内の外周部に配設したヒータブロツク，
（７）が同ヒータブロツク（15）の外周面側に取付けた
ヒータ，（８）が管板，（９）が水蒸気供給管，（10）
が電解ガス排出管，（11）が上記セル容器（２）壁の内
部に設けた冷却水ジヤケツト（または真空ジヤケツ
ト），（12）が電解ガス排出管，（13a）（13b）が冷却
水出入口（または真空引口），（16）が上記水蒸気供給
管（９）に連通した空間部（水蒸気供給室）から上記固
体電解質セル（３）の内部に垂下した水蒸気導入管で，
水蒸気供給管（９）から供給された水蒸気が水蒸気導入
管（16）内を経て各固体電解質セル（３）の下部から同
固体電解質セル（３）内へ流入する。この流入した水蒸
気は,500〜1000℃程度の高温に加熱され，且つ，セル
（３）の板厚方向に電圧のかけられた電極（図示せず）
を有する固体電解質セル（３）内を上昇する間に，酸素
と水素とに電気分解され，分解された酸素は，同固体電
解質セル（３）を外部へ透過し，管板（８）とフランジ
（１）との間の空間部を経て電解ガス排出管（10）から
セル容器（２）外へ排出されて，回収される。一方，残
りの水素（トリチウム，重水素）は，透過せずに上昇を
続け，電解ガス排出管（12）からセル容器（２）外へ排
出されて，回収される。このとき，ヒータ（７）が固体
電解質セル（３）を所定温度まで昇温させ，また外部へ
の放熱分を補充して，固体電解質セル（３）を所定温度
に維持する。また均熱管（５）が固体電解質セル（３）
どうしの温度のバラツキを可及的に少なくすると同時に
各固体電解質セル（３）の長手方向及び円周方向の温度
を均一化して，固体電解質セル（３）の水蒸気分解性能
を上記ヒータ（７）とで維持する。
装置の従来例を第８図により説明すると，（１）がフラ
ンジ，（２）がセル容器，（３）が上記フランジ（１）
から上記セル容器（２）内に垂下した中空の固体電解質
セルで，同固体電解質セル（３）が複数本あり，これら
が同様に垂下している。また（４）が同固体電解質セル
（３）の上部に設けたベローズ，（５）が同固体電解質
セル（３）の周りに配設した均熱管，（15）が上記セル
容器（２）内の外周部に配設したヒータブロツク，
（７）が同ヒータブロツク（15）の外周面側に取付けた
ヒータ，（８）が管板，（９）が水蒸気供給管，（10）
が電解ガス排出管，（11）が上記セル容器（２）壁の内
部に設けた冷却水ジヤケツト（または真空ジヤケツ
ト），（12）が電解ガス排出管，（13a）（13b）が冷却
水出入口（または真空引口），（16）が上記水蒸気供給
管（９）に連通した空間部（水蒸気供給室）から上記固
体電解質セル（３）の内部に垂下した水蒸気導入管で，
水蒸気供給管（９）から供給された水蒸気が水蒸気導入
管（16）内を経て各固体電解質セル（３）の下部から同
固体電解質セル（３）内へ流入する。この流入した水蒸
気は,500〜1000℃程度の高温に加熱され，且つ，セル
（３）の板厚方向に電圧のかけられた電極（図示せず）
を有する固体電解質セル（３）内を上昇する間に，酸素
と水素とに電気分解され，分解された酸素は，同固体電
解質セル（３）を外部へ透過し，管板（８）とフランジ
（１）との間の空間部を経て電解ガス排出管（10）から
セル容器（２）外へ排出されて，回収される。一方，残
りの水素（トリチウム，重水素）は，透過せずに上昇を
続け，電解ガス排出管（12）からセル容器（２）外へ排
出されて，回収される。このとき，ヒータ（７）が固体
電解質セル（３）を所定温度まで昇温させ，また外部へ
の放熱分を補充して，固体電解質セル（３）を所定温度
に維持する。また均熱管（５）が固体電解質セル（３）
どうしの温度のバラツキを可及的に少なくすると同時に
各固体電解質セル（３）の長手方向及び円周方向の温度
を均一化して，固体電解質セル（３）の水蒸気分解性能
を上記ヒータ（７）とで維持する。
（発明が解決しようとする課題） 前記第８図に示す従来の水蒸気電解装置では，（Ｉ）
水蒸気導入管（16）を固体電解質セル（３）の内部を挿
入しているので，水蒸気導入管（16）と固体電解質セル
（３）との間を電気的に絶縁する必要があって，構造が
複雑になる。（II）また固体電解質セル（３）の本数が
多くなると，装置の組立時に，水蒸気導入管（16）と固
体電解質セル（３）との芯合わせに多くの時間を要し，
製作期間が長くなって，コストアップになる。（III）
固体電解質セル（３）の本数が著しく多い場合には，上
記（Ｉ）（II）の理由により，電解装置の製作が困難で
あった。
水蒸気導入管（16）を固体電解質セル（３）の内部を挿
入しているので，水蒸気導入管（16）と固体電解質セル
（３）との間を電気的に絶縁する必要があって，構造が
複雑になる。（II）また固体電解質セル（３）の本数が
多くなると，装置の組立時に，水蒸気導入管（16）と固
体電解質セル（３）との芯合わせに多くの時間を要し，
製作期間が長くなって，コストアップになる。（III）
固体電解質セル（３）の本数が著しく多い場合には，上
記（Ｉ）（II）の理由により，電解装置の製作が困難で
あった。
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、そ
の目的とする処は、水蒸気導入管を固体電解質セルの
内部に挿入する必要がなくて、装置の組立時に、水蒸気
導入管と固体電解質セルとの間を電気的に絶縁する必要
も、水蒸気導入管と固体電解セルとを芯合わせする必要
もなくて、組立作業及び構造を簡略化できる上に、製作
期間を短縮できて、固体電解質セルの本数が多い場合に
も、コストアツプを招かずに製作でき、固体電解質セ
ル、ベローズ等の破損を防止できる水蒸気の電解装置を
提供しようとする点にある。
の目的とする処は、水蒸気導入管を固体電解質セルの
内部に挿入する必要がなくて、装置の組立時に、水蒸気
導入管と固体電解質セルとの間を電気的に絶縁する必要
も、水蒸気導入管と固体電解セルとを芯合わせする必要
もなくて、組立作業及び構造を簡略化できる上に、製作
期間を短縮できて、固体電解質セルの本数が多い場合に
も、コストアツプを招かずに製作でき、固体電解質セ
ル、ベローズ等の破損を防止できる水蒸気の電解装置を
提供しようとする点にある。
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の水蒸気の電解
装置は、セル容器（２）内に上部管板（8a）と下部管板
（8b）とを設けて、同上部管板（8a）の上側と同上下管
板（8a）（8b）の間と同下部管板（8b）の下側とに空間
部（2a）（2c）（2d）をそれぞれ形成し、水蒸気を酸素
と水素とに電気分解して電気分解した酸素を上下管板
（8a）（8b）間の空間部（2c）側に透過させる複数本の
固定電解質セル（３）を上下管板（8a）（8b）間の空間
部（2c）に縦方向に配設して、各固定電解質セル（３）
の内部を上部管板（8a）上側の空間部（2a）と下部管板
（8b）下側の空間部（2b）とに連絡し、上部管板（8a）
上側の空間部（2a）に水蒸気供給管（９）を連絡し、上
下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）に酸素用電解ガス
排出管（10）を連絡し、下部管板（8b）下側の空間部
（2b）に水素用電解ガス排出管（12）を連絡し、各固体
電解質セル（３）の上部に上下管板（8a）（8b）と各固
体電解質セル（３）との熱膨張差を吸収するベローズ
（４）を取付け、ベローズ（４）と各固体電解質セル
（３）との取付部に対する熱影響を緩和する熱シールド
板（20）を上下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）の上
部に配設している。
装置は、セル容器（２）内に上部管板（8a）と下部管板
（8b）とを設けて、同上部管板（8a）の上側と同上下管
板（8a）（8b）の間と同下部管板（8b）の下側とに空間
部（2a）（2c）（2d）をそれぞれ形成し、水蒸気を酸素
と水素とに電気分解して電気分解した酸素を上下管板
（8a）（8b）間の空間部（2c）側に透過させる複数本の
固定電解質セル（３）を上下管板（8a）（8b）間の空間
部（2c）に縦方向に配設して、各固定電解質セル（３）
の内部を上部管板（8a）上側の空間部（2a）と下部管板
（8b）下側の空間部（2b）とに連絡し、上部管板（8a）
上側の空間部（2a）に水蒸気供給管（９）を連絡し、上
下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）に酸素用電解ガス
排出管（10）を連絡し、下部管板（8b）下側の空間部
（2b）に水素用電解ガス排出管（12）を連絡し、各固体
電解質セル（３）の上部に上下管板（8a）（8b）と各固
体電解質セル（３）との熱膨張差を吸収するベローズ
（４）を取付け、ベローズ（４）と各固体電解質セル
（３）との取付部に対する熱影響を緩和する熱シールド
板（20）を上下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）の上
部に配設している。
（作用） 本発明の水蒸気の電解装置は前記のように構成されて
おり、水蒸気を水蒸気供給管（９）からセル容器（２）
内の上部管板（8a）上側の空間部（2a）へ供給し、次い
で上部管板（8a）と下部管板（8b）との間の空間部（8
c）に縦方向に配設した各固体電解質セル（３）内へ略
均等に分配、流入させ、同各固体電解質セル（３）内を
下降する間に酸素と水素とに電気分解し、電気分解した
酸素を各固体電解質セル（３）→上部管板（8a）と下部
管板（8b）との間の空間部（2c）へ透過して排出した
後、同空間部（2c）に連絡した酸素用電解ガス排出管
（10）→セル容器（２）外へ排出して、回収する。また
各固体電解質セル（３）内の残りの水素を下部管板（8
b）下側の空間部（2b）へ排出した後、同空間部（2b）
に連絡した水素用電解ガス排出管（12）→セル容器
（２）外へ排出して、回収する。このとき、ベローズ
（４）により、上下管板（8a）（8b）と各固体電解質セ
ル（３）との熱膨張差を吸収して、各固体電解質セル
（３）の破損を防止し、熱シールド板（20）により、ベ
ローズ（４）と各固体電解質セル（３）とのロウ付け部
の温度をロウの使用耐熱温度を超えないように抑制す
る。
おり、水蒸気を水蒸気供給管（９）からセル容器（２）
内の上部管板（8a）上側の空間部（2a）へ供給し、次い
で上部管板（8a）と下部管板（8b）との間の空間部（8
c）に縦方向に配設した各固体電解質セル（３）内へ略
均等に分配、流入させ、同各固体電解質セル（３）内を
下降する間に酸素と水素とに電気分解し、電気分解した
酸素を各固体電解質セル（３）→上部管板（8a）と下部
管板（8b）との間の空間部（2c）へ透過して排出した
後、同空間部（2c）に連絡した酸素用電解ガス排出管
（10）→セル容器（２）外へ排出して、回収する。また
各固体電解質セル（３）内の残りの水素を下部管板（8
b）下側の空間部（2b）へ排出した後、同空間部（2b）
に連絡した水素用電解ガス排出管（12）→セル容器
（２）外へ排出して、回収する。このとき、ベローズ
（４）により、上下管板（8a）（8b）と各固体電解質セ
ル（３）との熱膨張差を吸収して、各固体電解質セル
（３）の破損を防止し、熱シールド板（20）により、ベ
ローズ（４）と各固体電解質セル（３）とのロウ付け部
の温度をロウの使用耐熱温度を超えないように抑制す
る。
（実施例） 次に本発明の水蒸気の電解装置を第1,2図に示す一実
施例により説明すると，（1a）が上部フランジ，（1b）
が下部フランジ，（２）がセル容器，（8a）が上部管
板，（8b）が下部管板，（2a）が上記上部フランジ（1
a）と上記上部管板（8a）との間に形成した空間部，（2
b）が上記下部フランジ（1b）と上記下部管板（8b）と
の間に形成した空間部，（2c）が上記上下フランジ（1
a）（1b）間に形成した空間部，（３）が複数本の固体
電解質セルで，同各固体電解質セル（３）の内部が上記
各空間部（2a）（2b）に連通している。また（４）が同
各固体電解質セル（３）の上部に設けたベローズ，
（５）が同各固体電解質セル（３）の周りに配設した均
熱管，（６）が上記セル容器（２）内の外周部に配設し
たヒータブロツク，（７）が同ヒータブロツク（６）の
外周面側に配設したヒータ，（９）が上記空間部（2a）
に連通した水蒸気供給管，（10）が上記上部管板（8a）
から上記空間部（2a）及び上記上部フランジ（1a）を貫
通して上記セル容器（２）外へ延びた酸素用電解ガス排
出管，（11）が上記セル容器（２）壁内に設けた冷却水
ジヤケツト（または真空ジヤケツト），（12）が上記空
間部（2b）から上記セル容器（２）外へ延びた水素用電
解ガス排出管，（13a）（13b）が冷却水出入口（または
真空引口），（14a）（14b）が上下の冷却水コイル，
（17）がリード線，（20）が熱シールド板で，同熱シー
ルド板（20）は，ベローズ（４）と固体電解質セル
（３）とのロウ付部の温度がロウの使用耐熱温度を超え
ないようにする働きをもっている。
施例により説明すると，（1a）が上部フランジ，（1b）
が下部フランジ，（２）がセル容器，（8a）が上部管
板，（8b）が下部管板，（2a）が上記上部フランジ（1
a）と上記上部管板（8a）との間に形成した空間部，（2
b）が上記下部フランジ（1b）と上記下部管板（8b）と
の間に形成した空間部，（2c）が上記上下フランジ（1
a）（1b）間に形成した空間部，（３）が複数本の固体
電解質セルで，同各固体電解質セル（３）の内部が上記
各空間部（2a）（2b）に連通している。また（４）が同
各固体電解質セル（３）の上部に設けたベローズ，
（５）が同各固体電解質セル（３）の周りに配設した均
熱管，（６）が上記セル容器（２）内の外周部に配設し
たヒータブロツク，（７）が同ヒータブロツク（６）の
外周面側に配設したヒータ，（９）が上記空間部（2a）
に連通した水蒸気供給管，（10）が上記上部管板（8a）
から上記空間部（2a）及び上記上部フランジ（1a）を貫
通して上記セル容器（２）外へ延びた酸素用電解ガス排
出管，（11）が上記セル容器（２）壁内に設けた冷却水
ジヤケツト（または真空ジヤケツト），（12）が上記空
間部（2b）から上記セル容器（２）外へ延びた水素用電
解ガス排出管，（13a）（13b）が冷却水出入口（または
真空引口），（14a）（14b）が上下の冷却水コイル，
（17）がリード線，（20）が熱シールド板で，同熱シー
ルド板（20）は，ベローズ（４）と固体電解質セル
（３）とのロウ付部の温度がロウの使用耐熱温度を超え
ないようにする働きをもっている。
次に前記第1,2図に示す水蒸気の電解装置の作用を具
体的に説明する。水蒸気供給管（９）から空間部（2a）
へ供給された水蒸気は，同空間部（2a）に設けた分配機
構（図示せず）により各固体電解質セル（３）へ略等分
に分配されて，同各固体電解質セル（３）内へ流入す
る。この流入した水蒸気は,500〜1000℃程度の高温に加
熱され，且つ，固体電解質セル（３）の板厚方向に電圧
のかけられた電極（図示せず）を有する固体電解質セル
（３）内を下降し，その間に，酸素と水素とに電気分解
される。電気分解された酸素は，固体電解質セル（３）
を透過し，空間部（2c）→酸素用電解ガス排出管（10）
からセル容器（２）外へ排出されて，回収される。一
方，残りの水素（トリチウム，重水素）は，透過せずに
下降を続け，空間部（2b）→水素用電解ガス排出管（1
2）からセル容器（２）外へ排出されて，回収される。
このとき，ヒータ（７）が固体電解質セル（３）を所定
温度まで昇温させ，また外部への放熱分を補充して，固
体電解質セル（３）を所定温度に維持する。また均熱管
（５）が固体電解質セル（３）どうしの温度のバラツキ
を可及的に少なくすると同時に各固体電解質セル（３）
の長手方向及び円周方向の温度を均一化して，固体電解
質セル（３）の水蒸気分解性能を上記ヒータ（７）とで
維持する。また固体電解質セル（３）の本数が多い場合
には，内部側の固体電解質セル（３）の温度が低くなる
ので，第２図に示す棒状ヒータ（18）により補助的に加
熱する。なおこの棒状ヒータ（18）は，流入する水蒸気
を予熱器等により予熱する場合には，必ずしも必要とし
ない。また各固体電解質セル（３）の上部に設けたベロ
ーズ（４）は，セル容器（２）に溶接された上下管板
（8a）（8b）と同上下管板（8a）（8b）に取付けられた
各固体電解質セル（３）との熱膨張差を吸収して，同各
固体電解質セル（３）の破損を防止するためにある。ま
た冷却ジヤケツト（または真空ジヤケツト）（11）及び
冷却水コイル（14a）（14b）は，水素（トリチウム等）
の外部環境への透過を抑制するためにある。
体的に説明する。水蒸気供給管（９）から空間部（2a）
へ供給された水蒸気は，同空間部（2a）に設けた分配機
構（図示せず）により各固体電解質セル（３）へ略等分
に分配されて，同各固体電解質セル（３）内へ流入す
る。この流入した水蒸気は,500〜1000℃程度の高温に加
熱され，且つ，固体電解質セル（３）の板厚方向に電圧
のかけられた電極（図示せず）を有する固体電解質セル
（３）内を下降し，その間に，酸素と水素とに電気分解
される。電気分解された酸素は，固体電解質セル（３）
を透過し，空間部（2c）→酸素用電解ガス排出管（10）
からセル容器（２）外へ排出されて，回収される。一
方，残りの水素（トリチウム，重水素）は，透過せずに
下降を続け，空間部（2b）→水素用電解ガス排出管（1
2）からセル容器（２）外へ排出されて，回収される。
このとき，ヒータ（７）が固体電解質セル（３）を所定
温度まで昇温させ，また外部への放熱分を補充して，固
体電解質セル（３）を所定温度に維持する。また均熱管
（５）が固体電解質セル（３）どうしの温度のバラツキ
を可及的に少なくすると同時に各固体電解質セル（３）
の長手方向及び円周方向の温度を均一化して，固体電解
質セル（３）の水蒸気分解性能を上記ヒータ（７）とで
維持する。また固体電解質セル（３）の本数が多い場合
には，内部側の固体電解質セル（３）の温度が低くなる
ので，第２図に示す棒状ヒータ（18）により補助的に加
熱する。なおこの棒状ヒータ（18）は，流入する水蒸気
を予熱器等により予熱する場合には，必ずしも必要とし
ない。また各固体電解質セル（３）の上部に設けたベロ
ーズ（４）は，セル容器（２）に溶接された上下管板
（8a）（8b）と同上下管板（8a）（8b）に取付けられた
各固体電解質セル（３）との熱膨張差を吸収して，同各
固体電解質セル（３）の破損を防止するためにある。ま
た冷却ジヤケツト（または真空ジヤケツト）（11）及び
冷却水コイル（14a）（14b）は，水素（トリチウム等）
の外部環境への透過を抑制するためにある。
また第3,4図は，第１図に示した均熱管（５）と，ヒ
ータブロツク（６）及びヒータ（７）と，熱シールド板
（20）と，第２図に示した棒状ヒータ（18）とがない以
外は，第1,2図と同様に構成した他の実施例で，固体電
解質セル（３）の本数が非常に多い場合に適し，水蒸気
が予熱器等により所定温度に加熱された後に供給され
る。
ータブロツク（６）及びヒータ（７）と，熱シールド板
（20）と，第２図に示した棒状ヒータ（18）とがない以
外は，第1,2図と同様に構成した他の実施例で，固体電
解質セル（３）の本数が非常に多い場合に適し，水蒸気
が予熱器等により所定温度に加熱された後に供給され
る。
また第５図は，水蒸気の処理量が第３図の場合よりも
多い場合，または高純度の水素（トリチウム等）を回収
したい場合に適用して効果的な他の実施例である。即
ち，固体電解質セル（３）はセラミツク製であり，長さ
がある程度以上長くなると，製作が困難になるため，固
体電解質セル（３）を製作可能な長さにする一方，流通
ガス量に見合った本数にする必要があり，このために
は，セル容器（２）の径を大きくするか，第１図または
第３図に示したセル容器（２）を多段にする必要があ
る。本実施例では，セル容器（２）を２段（２）
（２′）にしている。また酸素導電型セルの場合には，
第１段目のセル容器（２）内の各固体電解質セル（3a）
内で電気分解された水素（トリチウム等）ガスに未反応
の水蒸気が含まれている可能性があるため，この未反応
の水蒸気を第２段目のセル容器（２′）内の各固体電解
質セル（3a′）内へ導き，再度電気分解して，高純度の
水素（トリチウム等）を回収する。セル容器（２）の段
数は，流通する水蒸気量及び必要な水素の純度により適
宜選定すればよい。
多い場合，または高純度の水素（トリチウム等）を回収
したい場合に適用して効果的な他の実施例である。即
ち，固体電解質セル（３）はセラミツク製であり，長さ
がある程度以上長くなると，製作が困難になるため，固
体電解質セル（３）を製作可能な長さにする一方，流通
ガス量に見合った本数にする必要があり，このために
は，セル容器（２）の径を大きくするか，第１図または
第３図に示したセル容器（２）を多段にする必要があ
る。本実施例では，セル容器（２）を２段（２）
（２′）にしている。また酸素導電型セルの場合には，
第１段目のセル容器（２）内の各固体電解質セル（3a）
内で電気分解された水素（トリチウム等）ガスに未反応
の水蒸気が含まれている可能性があるため，この未反応
の水蒸気を第２段目のセル容器（２′）内の各固体電解
質セル（3a′）内へ導き，再度電気分解して，高純度の
水素（トリチウム等）を回収する。セル容器（２）の段
数は，流通する水蒸気量及び必要な水素の純度により適
宜選定すればよい。
また第６図は，水蒸気供給管（９）及び電解ガス排出
管（12）を上下管板（8a）（8b）間のセル容器（２）内
に形成した空間部（2c）に開口し，酸素用電解ガス排出
管（10）を上部フランジ（1a）と上部管板（8a）との間
に形成した空間部（2a）に開口し，各固体電解質セル
（３）の上下開口部を上下管板（8a）（8b）に取付け，
固体電解質セル（３）に対する電圧のかけ方（＋，−）
を前記各実施例とは逆にした他の実施例で，水蒸気供給
管（９）から空間部（2c）へ供給された水蒸気は，同空
間部（2c）内を分散，下降し，その間に，固体電解質セ
ル（３）により電気分解される。電気分解された酸素
は，固体電解質セル（３）内へ透過して，同固体電解質
セル（３）内を上昇し，空間部（2a）→電解ガス排出管
（10）からセル容器（２）外へ排出されて，回収され
る。一方，残りの水素は，透過せずに下降を続け，水素
用電解ガス排出管（12）からセル容器（２）外へ排出さ
れて，回収される。
管（12）を上下管板（8a）（8b）間のセル容器（２）内
に形成した空間部（2c）に開口し，酸素用電解ガス排出
管（10）を上部フランジ（1a）と上部管板（8a）との間
に形成した空間部（2a）に開口し，各固体電解質セル
（３）の上下開口部を上下管板（8a）（8b）に取付け，
固体電解質セル（３）に対する電圧のかけ方（＋，−）
を前記各実施例とは逆にした他の実施例で，水蒸気供給
管（９）から空間部（2c）へ供給された水蒸気は，同空
間部（2c）内を分散，下降し，その間に，固体電解質セ
ル（３）により電気分解される。電気分解された酸素
は，固体電解質セル（３）内へ透過して，同固体電解質
セル（３）内を上昇し，空間部（2a）→電解ガス排出管
（10）からセル容器（２）外へ排出されて，回収され
る。一方，残りの水素は，透過せずに下降を続け，水素
用電解ガス排出管（12）からセル容器（２）外へ排出さ
れて，回収される。
また第７図は，各固体電解質セル（３）の上部開口端
部を上部管板（8a）に取付け，同各固体電解質セル
（３）の下端部を閉じ，同下端部と下部管板（8b）との
間に電気分解された水素の通る間隙を形成した以外は，
第６図と同様に構成したさらに他の実施例で，この実施
例の場合には，各固体電解質セル（３）の下端部が下部
管板（8b）により拘束されないので，上下管板（8a）
（8b）と固体電解質セル（３）との熱膨張差がこの部分
で吸収され，ベローズ（４）を設けた点と相埃って固体
電解質セル（３）に歪が発生しない。また衝撃が下部管
板（8b）から固体電解質セル（３）へ伝えられなくて，
固体電解質セル（３）の破損が防止される。
部を上部管板（8a）に取付け，同各固体電解質セル
（３）の下端部を閉じ，同下端部と下部管板（8b）との
間に電気分解された水素の通る間隙を形成した以外は，
第６図と同様に構成したさらに他の実施例で，この実施
例の場合には，各固体電解質セル（３）の下端部が下部
管板（8b）により拘束されないので，上下管板（8a）
（8b）と固体電解質セル（３）との熱膨張差がこの部分
で吸収され，ベローズ（４）を設けた点と相埃って固体
電解質セル（３）に歪が発生しない。また衝撃が下部管
板（8b）から固体電解質セル（３）へ伝えられなくて，
固体電解質セル（３）の破損が防止される。
（発明の効果） 本発明の水蒸気の電解装置は前記のように構成されて
おり、水蒸気を水蒸気供給管（９）からセル容器（２）
内の上部管板（8a）上側の空間部（2a）へ供給し、次い
で上部管板（8a）と下部管板（8b）との間の空間部（8
c）に縦方向に配設した各固体電解質セル（３）内へ略
均等に分配、流入させ、同各固体電解質セル（３）内を
下降する間に酸素と水素とに電気分解し、電気分解した
酸素を各固体電解質セル（３）→上部管板（8a）と下部
管板（8b）との間の空間部（2c）へ透過して排出した
後、同空間部（2c）に連絡した酸素用電解ガス排出管
（10）→セル容器（２）外へ排出して、回収する。また
各固体電解質セル（３）内の残りの水素を下部管板（8
b）下側の空間部（2b）へ排出した後、同空間部（2b）
に連絡した水素用電解ガス排出管（12）→セル容器
（２）外へ排出して、回収するので、水蒸気供給管
（９）を固体電解質セル（３）の内部に挿入する必要が
なくて、装置の組立時に、水蒸気供給管（９）と固体電
解質セル（３）との間を電気的に絶縁する必要も、水蒸
気供給管（９）と固体電解質セル（３）とを芯合わせす
る必要もなく、組立作業及び構造を簡略化できる上に、
製作期間を短縮化できて、固体電解質セルの本数が多い
場合にも、コストアツプを招かずに製作できる。
おり、水蒸気を水蒸気供給管（９）からセル容器（２）
内の上部管板（8a）上側の空間部（2a）へ供給し、次い
で上部管板（8a）と下部管板（8b）との間の空間部（8
c）に縦方向に配設した各固体電解質セル（３）内へ略
均等に分配、流入させ、同各固体電解質セル（３）内を
下降する間に酸素と水素とに電気分解し、電気分解した
酸素を各固体電解質セル（３）→上部管板（8a）と下部
管板（8b）との間の空間部（2c）へ透過して排出した
後、同空間部（2c）に連絡した酸素用電解ガス排出管
（10）→セル容器（２）外へ排出して、回収する。また
各固体電解質セル（３）内の残りの水素を下部管板（8
b）下側の空間部（2b）へ排出した後、同空間部（2b）
に連絡した水素用電解ガス排出管（12）→セル容器
（２）外へ排出して、回収するので、水蒸気供給管
（９）を固体電解質セル（３）の内部に挿入する必要が
なくて、装置の組立時に、水蒸気供給管（９）と固体電
解質セル（３）との間を電気的に絶縁する必要も、水蒸
気供給管（９）と固体電解質セル（３）とを芯合わせす
る必要もなく、組立作業及び構造を簡略化できる上に、
製作期間を短縮化できて、固体電解質セルの本数が多い
場合にも、コストアツプを招かずに製作できる。
また本電解装置は、高温（500〜1000℃）で使用され
るため、固体電解質セル（３）の熱膨張が非常に大きく
なるが、各固体電解質セル（３）の上部にベローズ
（４）を取付けているので、同ベローズ（４）により上
下管板（8a）（8b）と各固体電解質セル（３）との熱膨
張差を吸収できて、各固体電解質セル（３）の破損を防
止できる。
るため、固体電解質セル（３）の熱膨張が非常に大きく
なるが、各固体電解質セル（３）の上部にベローズ
（４）を取付けているので、同ベローズ（４）により上
下管板（8a）（8b）と各固体電解質セル（３）との熱膨
張差を吸収できて、各固体電解質セル（３）の破損を防
止できる。
またベローズ（４）と各固体電解質セル（３）との取
付部に対する熱影響を緩和する熱シールド板（20）を上
下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）の上部を配設して
いるので、この点からも各固体電解質セル（３）の破損
を防止できる上に、ベローズ（４）の座屈、及びベロー
ズ（４）と各固体電解質セル（３）との取付部（高温に
なり過ぎると強度が低下して破損し易くなる取付部＝金
属／セラミックの接合部）の破損を防止できる。
付部に対する熱影響を緩和する熱シールド板（20）を上
下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）の上部を配設して
いるので、この点からも各固体電解質セル（３）の破損
を防止できる上に、ベローズ（４）の座屈、及びベロー
ズ（４）と各固体電解質セル（３）との取付部（高温に
なり過ぎると強度が低下して破損し易くなる取付部＝金
属／セラミックの接合部）の破損を防止できる。
第１図は本発明に係わる水蒸気の電気分解装置の一実施
例を示す縦断側面図，第２図は第１図の矢視II−II線に
沿う横断平面図，第３図は他の実施例を示す縦断側面
図，第４図は第３図の矢視IV−IV線に沿う横断平面図，
第５図は他の実施例を示す縦断側面図，第６図は他の実
施例を示す縦断側面図，第７図はさらに他の実施例を示
す縦断側面図，第８図は従来の水蒸気の電気分解装置を
示す縦断側面図である。 （２）……セル容器、（2a）……上部管板（8a）の上側
の空間部、（2b）……下部管板（8b）の下側の空間部、
（2c）……上下管板（8a）（8b）の間の空間部、（３）
……固体電解質セル、（４）……ベローズ、（8a）……
上部管板、（8b）……下部管板、（９）……水蒸気供給
管、（10）……酸素用電解ガス排出管、（12）……水素
用電解ガス排出管、（20）……熱シールド板。
例を示す縦断側面図，第２図は第１図の矢視II−II線に
沿う横断平面図，第３図は他の実施例を示す縦断側面
図，第４図は第３図の矢視IV−IV線に沿う横断平面図，
第５図は他の実施例を示す縦断側面図，第６図は他の実
施例を示す縦断側面図，第７図はさらに他の実施例を示
す縦断側面図，第８図は従来の水蒸気の電気分解装置を
示す縦断側面図である。 （２）……セル容器、（2a）……上部管板（8a）の上側
の空間部、（2b）……下部管板（8b）の下側の空間部、
（2c）……上下管板（8a）（8b）の間の空間部、（３）
……固体電解質セル、（４）……ベローズ、（8a）……
上部管板、（8b）……下部管板、（９）……水蒸気供給
管、（10）……酸素用電解ガス排出管、（12）……水素
用電解ガス排出管、（20）……熱シールド板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牟田 健次 神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 天野 順造 神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番１号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (1)
- 【請求項１】セル容器（２）内に上部管板（8a）と下部
管板（8b）とを設けて、同上部管板（8a）の上側と同上
下管板（8a）（8b）の間と同下部管板（8b）の下側とに
空間部（2a）（2c）（2d）をそれぞれ形成し、水蒸気を
酸素と水素とに電気分解して電気分解した酸素を上下管
板（8a）（8b）間の空間部（2c）側に透過させる複数本
の固定電解質セル（３）を上下管板（8a）（8b）間の空
間部（2c）に縦方向に配設して、各固体電解質セル
（３）の内部を上部管板（8a）上側の空間部（2a）と下
部管板（8b）下側の空間部（2b）とに連絡し、上部管板
（8a）上側の空間部（2a）に水蒸気供給管（９）を連絡
し、上下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）に酸素用電
解ガス排出管（10）を連絡し、下部管板（8b）下側の空
間部（2b）に水素用電解ガス排出管（12）を連絡し、各
固体電解質セル（３）の上部に上下管板（8a）（8b）と
各固体電解質セル（３）との熱膨張差を吸収するベロー
ズ（４）を取付け、ベローズ（４）と各固体電解質セル
（３）との取付部に対する熱影響を緩和する熱シールド
板（20）を上下管板（8a）（8b）間の空間部（2c）の上
部に配設したことを特徴とする水蒸気の電解装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62131744A JP2601821B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 水蒸気の電解装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62131744A JP2601821B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 水蒸気の電解装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63297582A JPS63297582A (ja) | 1988-12-05 |
| JP2601821B2 true JP2601821B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=15065173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62131744A Expired - Lifetime JP2601821B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 水蒸気の電解装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2601821B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5005896B2 (ja) * | 2005-07-27 | 2012-08-22 | 株式会社東芝 | 水蒸気電解方法及び水蒸気電解装置 |
| JP5005898B2 (ja) * | 2005-08-31 | 2012-08-22 | 株式会社東芝 | 水蒸気電解装置及びその方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5012564A (ja) * | 1973-06-07 | 1975-02-08 | ||
| JPS61225778A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-07 | ウエスチングハウス エレクトリツク コ−ポレ−シヨン | 電極製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2746172C3 (de) * | 1977-10-14 | 1981-02-05 | Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen | Verbund von elektrochemischen Festelektrolytzellen |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62131744A patent/JP2601821B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5012564A (ja) * | 1973-06-07 | 1975-02-08 | ||
| JPS61225778A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-07 | ウエスチングハウス エレクトリツク コ−ポレ−シヨン | 電極製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63297582A (ja) | 1988-12-05 |
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|---|---|---|---|
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