JP3281727B2 - 重水製造装置 - Google Patents
重水製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は大容量の重水製造装置に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】重水は海水中など天然に存在しているも
のを分別蒸留等の分離手段を用いて分離している。
のを分別蒸留等の分離手段を用いて分離している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の製造技術は少量
の重水を得るには問題ないが大量の重水を得るには大型
の装置が必要となり、効率が悪くなり、又コストも高く
なる。本発明は、大量の重水を効率良く製造可能な重水
製造装置を提供することを課題としている。
の重水を得るには問題ないが大量の重水を得るには大型
の装置が必要となり、効率が悪くなり、又コストも高く
なる。本発明は、大量の重水を効率良く製造可能な重水
製造装置を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するため、原水から純水を製造する純水製造装置、
その純水製造装置で得られた純水を電気分解し酸素と水
素・重水素の混合ガスとを発生させる電気分解装置、こ
の電気分解装置で得られた水素・重水素の混合ガスを水
素と重水素に分離する分離装置、この分離装置で得られ
た重水素と前記電気分解装置で得られた酸素を反応させ
重水を製品として得ると共に電気の形でエネルギーを回
収する燃料電池、及び前記した分離装置で得られた水素
と前記した電気分解装置で得られた酸素を反応させて電
気及び熱の形でエネルギーを回収する燃料電池を有する
重水製造装置を提供する。
解決するため、原水から純水を製造する純水製造装置、
その純水製造装置で得られた純水を電気分解し酸素と水
素・重水素の混合ガスとを発生させる電気分解装置、こ
の電気分解装置で得られた水素・重水素の混合ガスを水
素と重水素に分離する分離装置、この分離装置で得られ
た重水素と前記電気分解装置で得られた酸素を反応させ
重水を製品として得ると共に電気の形でエネルギーを回
収する燃料電池、及び前記した分離装置で得られた水素
と前記した電気分解装置で得られた酸素を反応させて電
気及び熱の形でエネルギーを回収する燃料電池を有する
重水製造装置を提供する。
【０００５】本発明による重水製造装置に用いる純水製
造装置としては、蒸発法（多段フラッシュ法、多重効用
缶法）、逆浸透法、イオン交換法、電気透析法あるいは
これらの組み合わせからなる装置であってよい。
造装置としては、蒸発法（多段フラッシュ法、多重効用
缶法）、逆浸透法、イオン交換法、電気透析法あるいは
これらの組み合わせからなる装置であってよい。
【０００６】また、本発明による重水製造装置において
純水を電気分解するのに用いる電気分解装置は、固体高
分子電解質水電解法、あるいは固体酸化物電解質水蒸気
電解法による装置であってよい。
純水を電気分解するのに用いる電気分解装置は、固体高
分子電解質水電解法、あるいは固体酸化物電解質水蒸気
電解法による装置であってよい。
【０００７】また、本発明による重水製造装置で水素と
重水素を分離するのに用いる分離装置は、圧力スイング
吸着法あるいは温度スイング吸着法あるいは圧力・温度
スイング吸着法あるいは膜分離法による分離装置であっ
てよい。
重水素を分離するのに用いる分離装置は、圧力スイング
吸着法あるいは温度スイング吸着法あるいは圧力・温度
スイング吸着法あるいは膜分離法による分離装置であっ
てよい。
【０００８】更に、本発明による重水製造装置におい
て、分離装置で得られた重水素と電気分解装置で得られ
た酸素を反応させて重水と電気を得る燃料電池、および
分離装置で得られた水素と電気分解装置で得られた酸素
を反応させて電気を得る燃料電池としては、ともに固体
高分子電解質型、あるいは燐酸型、あるいは溶融炭酸塩
型、あるいは固体酸化物電解質型装置であってよい。
て、分離装置で得られた重水素と電気分解装置で得られ
た酸素を反応させて重水と電気を得る燃料電池、および
分離装置で得られた水素と電気分解装置で得られた酸素
を反応させて電気を得る燃料電池としては、ともに固体
高分子電解質型、あるいは燐酸型、あるいは溶融炭酸塩
型、あるいは固体酸化物電解質型装置であってよい。
【０００９】
【作用】本発明による重水製造装置は前記した構成を有
しており海水等より得た純水を、効率が高く、製造ガス
中にアルカリ等の不純物を含まない、固体高分子電解質
水電解法、あるいは固体酸化物電解質水蒸気電解法等に
より電解し、生成した水素・重水素の混合ガスを、高純
度ガスが得られ動力原単位の低い分離装置で分離する。
しており海水等より得た純水を、効率が高く、製造ガス
中にアルカリ等の不純物を含まない、固体高分子電解質
水電解法、あるいは固体酸化物電解質水蒸気電解法等に
より電解し、生成した水素・重水素の混合ガスを、高純
度ガスが得られ動力原単位の低い分離装置で分離する。
【００１０】その分離装置で得られた重水素から酸素と
の反応により重水を生成すると共に、残った水素ガスの
処理装置として燃料電池を用いて酸素ガスと反応させ、
電力を回収できるシステムである。このようにして、本
発明による重水製造装置ではエネルギー効率の向上を図
り、更に熱、電気エネルギーの有効利用により高効率で
大量の重水を製造可能となる。
の反応により重水を生成すると共に、残った水素ガスの
処理装置として燃料電池を用いて酸素ガスと反応させ、
電力を回収できるシステムである。このようにして、本
発明による重水製造装置ではエネルギー効率の向上を図
り、更に熱、電気エネルギーの有効利用により高効率で
大量の重水を製造可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明による重水製造装置を図示した
実施例により具体的に説明する。
実施例により具体的に説明する。
【００１２】（第１実施例）まず図１に示した第１実施
例について説明する。図１において１は熱交換装置、２
は純水製造装置としての多段フラッシュ法造水装置、３
は純水を電気分解する固体高分子電解質水電解装置であ
る。４は水素と重水素の混合ガスを水素と重水素に分離
する圧力スイング吸着分離装置、５は重水素と酸素を反
応させて重水と電気を得る固体高分子電解質燃料電池で
ある。６は水素と酸素を反応させて電気を発生する固体
高分子電解質燃料電池である。
例について説明する。図１において１は熱交換装置、２
は純水製造装置としての多段フラッシュ法造水装置、３
は純水を電気分解する固体高分子電解質水電解装置であ
る。４は水素と重水素の混合ガスを水素と重水素に分離
する圧力スイング吸着分離装置、５は重水素と酸素を反
応させて重水と電気を得る固体高分子電解質燃料電池で
ある。６は水素と酸素を反応させて電気を発生する固体
高分子電解質燃料電池である。
【００１３】このような構成機器を有する図１の重水製
造装置において、海水１０１は熱交換装置１により昇温
された後、多段フラッシュ法造水装置２に導かれる。多
段フラッシュ法造水装置２内で蒸発法により製造された
純水１０２は固体高分子電解質水電解装置３に供給され
る。また、造水装置２の濃縮水はブライン１０３として
系外に排出される。
造装置において、海水１０１は熱交換装置１により昇温
された後、多段フラッシュ法造水装置２に導かれる。多
段フラッシュ法造水装置２内で蒸発法により製造された
純水１０２は固体高分子電解質水電解装置３に供給され
る。また、造水装置２の濃縮水はブライン１０３として
系外に排出される。
【００１４】純水１０２は固体高分子電解質水電解装置
３の内部で外部から供給される電力１０４により電気分
解され、水素と重水素の混合ガス１０５と酸素１０６に
変化する。固体高分子電解質水電解装置３は通常８０〜
１５０℃で運転される。水素と重水素の混合ガス１０５
は、圧力スイング吸着分離装置４に供給され、重水素１
０７と水素１０８に分離される。
３の内部で外部から供給される電力１０４により電気分
解され、水素と重水素の混合ガス１０５と酸素１０６に
変化する。固体高分子電解質水電解装置３は通常８０〜
１５０℃で運転される。水素と重水素の混合ガス１０５
は、圧力スイング吸着分離装置４に供給され、重水素１
０７と水素１０８に分離される。
【００１５】固体高分子電解質水電解装置３で発生した
酸素１０６の一部と圧力スイング吸着分離装置４で分離
された重水素１０７は重水素反応用固体高分子電解質燃
料電池５に供給され製品である重水１０９を生産すると
ともに電力を回収する。一方、固体高分子電解質水電解
装置３で発生した酸素１０６の残りと圧力スイング吸着
分離装置４で分離された水素１０８は水素反応用固体高
分子電解質燃料電池６に供給され電力を回収する。回収
された電力１１０は固体高分子電解質水電解装置３に電
気分解用のエネルギー源として供給される。
酸素１０６の一部と圧力スイング吸着分離装置４で分離
された重水素１０７は重水素反応用固体高分子電解質燃
料電池５に供給され製品である重水１０９を生産すると
ともに電力を回収する。一方、固体高分子電解質水電解
装置３で発生した酸素１０６の残りと圧力スイング吸着
分離装置４で分離された水素１０８は水素反応用固体高
分子電解質燃料電池６に供給され電力を回収する。回収
された電力１１０は固体高分子電解質水電解装置３に電
気分解用のエネルギー源として供給される。
【００１６】固体高分子電解質燃料電池６は通常８０〜
１５０℃で運転される為、生成する高温の水ないしは水
蒸気１１１の一部は多段フラッシュ法造水装置２の熱源
として供給され、残りは熱交換装置１により海水１０１
加熱用の熱源となる。このように、電力と熱エネルギー
を回収しつゝ高効率で大量の重水が製造される。
１５０℃で運転される為、生成する高温の水ないしは水
蒸気１１１の一部は多段フラッシュ法造水装置２の熱源
として供給され、残りは熱交換装置１により海水１０１
加熱用の熱源となる。このように、電力と熱エネルギー
を回収しつゝ高効率で大量の重水が製造される。
【００１７】（第２実施例）次に図２に示した第２実施
例について説明する。図２において、７は逆浸透法造水
装置、８はイオン交換装置を示す。１０は固体酸化物電
解質水蒸気電解装置である。１２は気液分離装置、４は
水素と重水素の混合ガスから水素と重水素を分離する圧
力スイング吸着分離装置である。１４は重水素と酸素を
反応させて重水を得る重水素反応用固体酸化物電解質燃
料電池、１５は水素と酸素を反応させて電力を発生する
水素反応用固体酸化物電解質燃料電池である。図中、
９，１１，１３は、それぞれ熱交換装置である。
例について説明する。図２において、７は逆浸透法造水
装置、８はイオン交換装置を示す。１０は固体酸化物電
解質水蒸気電解装置である。１２は気液分離装置、４は
水素と重水素の混合ガスから水素と重水素を分離する圧
力スイング吸着分離装置である。１４は重水素と酸素を
反応させて重水を得る重水素反応用固体酸化物電解質燃
料電池、１５は水素と酸素を反応させて電力を発生する
水素反応用固体酸化物電解質燃料電池である。図中、
９，１１，１３は、それぞれ熱交換装置である。
【００１８】この図２の装置においては、重水の原料と
して鹹水（塩分濃度３．０００ppm程度）を用いる。図
２の装置において、原料となる鹹水１１２は、逆浸透法
造水装置７に導かれる。逆浸透法造水装置７で製造され
た脱塩水１１３は引き続きイオン交換装置８に供給さ
れ、イオンが除去され、純水１０２となる。
して鹹水（塩分濃度３．０００ppm程度）を用いる。図
２の装置において、原料となる鹹水１１２は、逆浸透法
造水装置７に導かれる。逆浸透法造水装置７で製造され
た脱塩水１１３は引き続きイオン交換装置８に供給さ
れ、イオンが除去され、純水１０２となる。
【００１９】また、逆浸透法造水装置７の濃縮水はブラ
イン１０３として系外に排出される。純水１０２は熱交
換装置９により昇温され水蒸気１１４となり、固体酸化
物電解質水蒸気電解装置１０に供給される。水蒸気１１
４は固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０の内部で外部
から供給される電力１０４により電気分解され、水素と
重水素と水蒸気の混合ガス１１５と酸素と水蒸気の混合
ガス１１６に変化する。固体酸化物電解質水蒸気電解装
置１０は通常８００〜１０００℃で運転される。
イン１０３として系外に排出される。純水１０２は熱交
換装置９により昇温され水蒸気１１４となり、固体酸化
物電解質水蒸気電解装置１０に供給される。水蒸気１１
４は固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０の内部で外部
から供給される電力１０４により電気分解され、水素と
重水素と水蒸気の混合ガス１１５と酸素と水蒸気の混合
ガス１１６に変化する。固体酸化物電解質水蒸気電解装
置１０は通常８００〜１０００℃で運転される。
【００２０】水素と重水素と水蒸気の混合ガス１１５
は、熱交換装置１１で冷却した後、気液分離器１２で水
素と重水素の混合ガス１０５と凝縮した純水１１７とに
分離される。凝縮した純水１１７は電解の原料として再
使用される。水素と重水素の混合ガス１０５は圧力スイ
ング吸着分離装置４に供給され、重水素１０７と水素１
０８に分離される。
は、熱交換装置１１で冷却した後、気液分離器１２で水
素と重水素の混合ガス１０５と凝縮した純水１１７とに
分離される。凝縮した純水１１７は電解の原料として再
使用される。水素と重水素の混合ガス１０５は圧力スイ
ング吸着分離装置４に供給され、重水素１０７と水素１
０８に分離される。
【００２１】重水素１０７は熱交換装置１３で昇温後、
固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０で生成した酸素と
水蒸気の混合ガス１１６の一部とともに重水素反応用固
体酸化物電解質燃料電池１４に供給し、重水蒸気１１８
を生成するとともに電力を回収する。重水蒸気１１８は
熱交換装置１３で重水素１０７と熱交換され製品である
重水１０９となる。
固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０で生成した酸素と
水蒸気の混合ガス１１６の一部とともに重水素反応用固
体酸化物電解質燃料電池１４に供給し、重水蒸気１１８
を生成するとともに電力を回収する。重水蒸気１１８は
熱交換装置１３で重水素１０７と熱交換され製品である
重水１０９となる。
【００２２】一方、水素１０８は熱交換装置１１で加熱
後、固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０で発生した酸
素と水蒸気の混合ガス１１６と共に水素反応用固体酸化
物電解質燃料電池１５に供給され電力を回収する。回収
された電力１１０は固体酸化物電解質水蒸気電解装置１
０に電気分解用のエネルギー源として供給される。
後、固体酸化物電解質水蒸気電解装置１０で発生した酸
素と水蒸気の混合ガス１１６と共に水素反応用固体酸化
物電解質燃料電池１５に供給され電力を回収する。回収
された電力１１０は固体酸化物電解質水蒸気電解装置１
０に電気分解用のエネルギー源として供給される。
【００２３】水素反応用固体酸化物電解質燃料電池１５
は通常８００〜１０００℃で運転される為、生成する高
温の水蒸気１１９は熱交換装置９により純水１０２と熱
交換される。このようにして大量の重水を高効率で製造
することができる。
は通常８００〜１０００℃で運転される為、生成する高
温の水蒸気１１９は熱交換装置９により純水１０２と熱
交換される。このようにして大量の重水を高効率で製造
することができる。
【００２４】以上、本発明を図示した実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定さ
れず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体
的構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもな
い。
具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定さ
れず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体
的構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもな
い。
【００２５】例えば、上記実施例では純水製造装置とし
て多段フラッシュ法および逆浸透法によるものを示した
が、多重効用缶法、イオン交換法、電気透析法又はこれ
らを適宜組み合せたものとしてよい。また、前記実施例
では水素と重水素の混合ガスを分離するのに圧力スイン
グ吸着分離装置を用いているが、それ以外に温度スイン
グ吸着法や圧力・温度スイング吸着法でもよいし、膜分
離法による装置であってよい。
て多段フラッシュ法および逆浸透法によるものを示した
が、多重効用缶法、イオン交換法、電気透析法又はこれ
らを適宜組み合せたものとしてよい。また、前記実施例
では水素と重水素の混合ガスを分離するのに圧力スイン
グ吸着分離装置を用いているが、それ以外に温度スイン
グ吸着法や圧力・温度スイング吸着法でもよいし、膜分
離法による装置であってよい。
【００２６】更にまた、前記実施例では重水素又は水素
と酸素を反応させるための燃料電池として固体高分子電
解質燃料電池及び固体酸化物電解質燃料電池を用いてい
るが、これは燐酸型あるいは溶融炭酸塩型の燃料電池で
あってもよい。
と酸素を反応させるための燃料電池として固体高分子電
解質燃料電池及び固体酸化物電解質燃料電池を用いてい
るが、これは燐酸型あるいは溶融炭酸塩型の燃料電池で
あってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による重水
製造装置では、純水製造装置で得られた純水を電気分解
し酸素と水素・重水素の混合ガスとを発生させ、得られ
た水素・重水素の混合ガスを分離装置で水素と重水素に
分離し、得られた重水素と電気分解装置で得られた酸素
を燃料電池で反応させ重水を得ると共に電気の形でエネ
ルギーを回収する。そして分離装置で得られた水素と電
気分解装置で得られた酸素を燃料電池で反応させて電気
及び熱の形でエネルギーを回収する。このようにして本
発明によれば大規模かつ高効率の重水製造が可能とな
る。
製造装置では、純水製造装置で得られた純水を電気分解
し酸素と水素・重水素の混合ガスとを発生させ、得られ
た水素・重水素の混合ガスを分離装置で水素と重水素に
分離し、得られた重水素と電気分解装置で得られた酸素
を燃料電池で反応させ重水を得ると共に電気の形でエネ
ルギーを回収する。そして分離装置で得られた水素と電
気分解装置で得られた酸素を燃料電池で反応させて電気
及び熱の形でエネルギーを回収する。このようにして本
発明によれば大規模かつ高効率の重水製造が可能とな
る。
【図１】本発明の第１実施例による重水製造装置のフロ
ーシート。
ーシート。
【図２】本発明の第２実施例による重水製造装置のフロ
ーシート。
ーシート。
１ 熱交換装置 ２ 多段フラッシュ法造水装置 ３ 固体高分子電解質水電解装置 ４ 圧力スイング吸着分離装置 ５ 重水素反応用固体高分子電解質燃料電池 ６ 水素反応用固体高分子電解質燃料電池 ７ 逆浸透法造水装置 ８ イオン交換装置 ９ 熱交換装置 １０ 固体酸化物電解質水蒸気電解装置 １１ 熱交換装置 １２ 気液分離器 １３ 熱交換装置 １４ 重水素反応用固体酸化物電解質燃料電池 １５ 水素反応用固体酸化物電解質燃料電池 １０１ 海水 １０２ 純水 １０３ ブライン １０４ 電力 １０５ 水素と重水素の混合ガス １０６ 酸素 １０７ 重水素 １０８ 水素 １０９ 製品重水 １１０ 電力 １１１ 高温の水ないしは水蒸気 １１２ 鹹水 １１３ 脱塩水 １１４ 水蒸気 １１５ 水素と重水素と水蒸気の混合ガス １１６ 酸素と水蒸気の混合ガス １１７ 凝縮した純水 １１８ 重水蒸気 １１９ 高温の水蒸気
Claims (6)
- 【請求項１】 原水から純水を製造する純水製造装置、
同純水製造装置で得られた純水を電気分解し酸素と水素
・重水素の混合ガスとを発生させる電気分解装置、同電
気分解装置で得られた水素・重水素の混合ガスを水素と
重水素に分離する分離装置、同分離装置で得られた重水
素と前記電気分解装置で得られた酸素を反応させ重水を
得ると共に電気の形でエネルギーを回収する燃料電池、
及び前記分離装置で得られた水素と前記電気分解装置で
得られた酸素を反応させて電気及び熱の形でエネルギー
を回収する燃料電池を有することを特徴とする重水製造
装置。 - 【請求項２】 前記純水製造装置が蒸発法（多段フラッ
シュ法、多重効用缶法）、逆浸透法、イオン交換法、電
気透析法あるいはこれらの組み合わせからなる装置であ
ることを特徴とする請求項１に記載した重水製造装置。 - 【請求項３】 前記電気分解装置が固体高分子電解質水
電解法、あるいは固体酸化物電解質水蒸気電解法による
装置であることを特徴とする請求項１に記載した重水製
造装置。 - 【請求項４】 前記分離装置が圧力スイング吸着法ある
いは温度スイング吸着法あるいは圧力・温度スイング吸
着法あるいは膜分離法による装置であることを特徴とす
る請求項１に記載した重水製造装置。 - 【請求項５】 前記重水素と酸素を反応させる燃料電池
が固体高分子電解質型、あるいは燐酸型、あるいは溶融
炭酸塩型、あるいは固体酸化物電解質型装置であること
を特徴とする請求項１に記載した重水製造装置。 - 【請求項６】 前記水素と酸素を反応させる燃料電池が
固体高分子電解質型、あるいは燐酸型、あるいは溶融炭
酸塩型、あるいは固体酸化物電解質型装置であることを
特徴とする請求項１に記載した重水製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24260294A JP3281727B2 (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 重水製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24260294A JP3281727B2 (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 重水製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08109005A JPH08109005A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3281727B2 true JP3281727B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=17091494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24260294A Expired - Lifetime JP3281727B2 (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 重水製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3281727B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102162106B (zh) * | 2010-02-22 | 2015-01-21 | 朱国樑 | 一种有效提取重水的方法 |
| JP5504498B2 (ja) * | 2010-02-24 | 2014-05-28 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 燃料電池、燃料電池システムおよび発電方法 |
| CN112569786B (zh) * | 2020-12-10 | 2024-07-23 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种高效低成本的氢同位素氧化物分离工艺 |
-
1994
- 1994-10-06 JP JP24260294A patent/JP3281727B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH08109005A (ja) | 1996-04-30 |
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