JP3639861B6 - Sabachie reactor and steam electrolyzer using the same - Google Patents

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誠人 桜井
美津夫 小口
健 星野
正一 吉原
充 大西
長市 須賀
洋二 渡辺
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Abstract

【課題】宇宙船や宇宙ステーション等の宇宙環境下においても、ヒータ等の熱源を用いずにサバチエ反応を可能とするサバチエ反応装置及びこれを用いた水蒸気電解装置を提供すること。
【解決手段】(1)外部からの入射光を反射して焦点部分に集光させることにより焦点部分の温度を上昇させる、放物面を有する反射鏡、(2)反射鏡の焦点部分に設けられた、外管が透光性を有する管で、内管が熱伝導性を有する管である二重管、(3)外管と内管の間の真空度を調節する真空度調節手段、(4)内管内に水素と二酸化炭素を導入する反応ガス導入手段、(5)内管内に挿入されたルテニウム触媒、(6)内管内で変換されたガスを取り出すガス排出手段、を有し、内管内でサバチエ反応をさせる。
【選択図】図1
The present invention provides a Sabachie reaction apparatus capable of performing a Sabachie reaction without using a heat source such as a heater even in a space environment such as a spacecraft or a space station, and a steam electrolysis apparatus using the same.
(1) A reflecting mirror having a paraboloid that raises the temperature of the focal portion by reflecting incident light from outside and condensing it on the focal portion, and (2) provided at the focal portion of the reflecting mirror. A double tube in which the outer tube is a light-transmitting tube and the inner tube is a heat-conductive tube; (3) a vacuum degree adjusting means for adjusting the degree of vacuum between the outer tube and the inner tube; (4) reactive gas introduction means for introducing hydrogen and carbon dioxide into the inner pipe, (5) a ruthenium catalyst inserted into the inner pipe, and (6) a gas discharge means for taking out the gas converted in the inner pipe, A Sabachie reaction is caused in the inner tube.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、サバチエ反応装置及びこれを用いた水蒸気電解装置に関する。更に詳しくは、特に無重力空間である宇宙船内における生命維持を目的としたサバチエ反応装置及びこれを用いた水蒸気電解装置に関するものである。   The present invention relates to a Sabatier reaction apparatus and a steam electrolysis apparatus using the same. More particularly, the present invention relates to a Sabachie reactor for the purpose of maintaining life in a spacecraft that is a weightless space and a steam electrolyzer using the same.

宇宙船での生命維持のためには、化1に示すサバチエ第1反応により炭酸ガスを還元する装置の開発が有効である(例えば、特許文献1、非特許文献参照)。
特開平4−235738号公報(0003段落) 「宇宙で生きる」新田慶治ほか、1994年、オーム社、p34−43
In order to maintain life in a spacecraft, it is effective to develop a device that reduces carbon dioxide gas by the first Sabatier first reaction shown in Chemical Formula 1 (see, for example, Patent Document 1 and Non-patent Document).
JP-A-4-235538 (paragraph 0003) “Living in space” Keiji Nitta et al., 1994, Ohmsha, p34-43

本出願人らは、サバチエ第1反応を利用した環境浄化循環型水電解装置を開発した(例えば、特許文献2参照)。
特許第3479950号公報(0011段落)
The present applicants developed an environmental purification circulation type water electrolysis apparatus using the first Sabachie reaction (see, for example, Patent Document 2).
Japanese Patent No. 3479950 (paragraph 0011)

サバチエ反応をさせるには、反応器を熱電対やヒータで反応温度まで昇温させる必要があった(例えば、特許文献3参照)。
特許第3479950号公報(0031段落)
In order to cause the Sabatier reaction, it was necessary to raise the temperature of the reactor to the reaction temperature with a thermocouple or a heater (see, for example, Patent Document 3).
Japanese Patent No. 3479950 (paragraph 0031)

しかし、従来のサバチエ反応装置においては、ヒータを運転させるために多大なエネルギーを必要とするという問題があった。特に、宇宙環境では、エネルギーの確保は重要な問題となる。   However, the conventional Sabachie reaction apparatus has a problem that a large amount of energy is required to operate the heater. Especially in the space environment, securing energy is an important issue.

本発明が解決しようとする問題点は、ヒータ等の熱源を用いないと反応温度が保てない点である。   The problem to be solved by the present invention is that the reaction temperature cannot be maintained unless a heat source such as a heater is used.

本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、したがって、本発明の目的は、宇宙船や宇宙ステーション等の宇宙環境下においても、ヒータ等の熱源を用いずにサバチエ反応を可能とするサバチエ反応装置及びこれを用いた水蒸気電解装置を提供することにある。本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、試行錯誤の上、本発明を完成するに至った。   The present invention has been made in view of such a problem. Therefore, the object of the present invention is to enable a Sabachie reaction without using a heat source such as a heater even in a space environment such as a spacecraft or a space station. It is an object of the present invention to provide a Sabachie reactor and a steam electrolyzer using the same. As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have completed the present invention through trial and error.

上記目的を達成するために、本発明のサバチエ反応装置は、(1)外部からの入射光を反射して焦点部分に集光させることにより焦点部分の温度を上昇させる、放物面を有する反射鏡、(2)反射鏡の焦点部分に設けられた、外管が透光性を有する管で、内管が熱伝導性を有する管である二重管、(3)外管と内管の間の真空度を調節する真空度調節手段、(4)内管内に水素と二酸化炭素を導入する反応ガス導入手段、(5)内管内に挿入されたルテニウム触媒、(6)内管内で変換されたガスを取り出すガス排出手段、を有し、内管内でサバチエ反応をさせることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the Sabatier reaction device of the present invention is (1) a reflection having a paraboloid that raises the temperature of the focal part by reflecting incident light from the outside and condensing it on the focal part. (2) a double tube provided at the focal point of the reflecting mirror, in which the outer tube is a light-transmitting tube and the inner tube is a heat-conductive tube; (3) the outer tube and the inner tube; (4) Reactive gas introducing means for introducing hydrogen and carbon dioxide into the inner pipe, (5) Ruthenium catalyst inserted in the inner pipe, (6) Converted in the inner pipe And a gas discharge means for taking out the gas, and is characterized by causing a Sabatie reaction in the inner tube.

本発明のサバチエ反応装置は、好ましくは、(1)前記真空度調節手段として、外管の一端に接続された真空ポンプ、外管の他端に接続されたバルブ及び電磁弁、内管内の温度を測定する温度センサ、並びに、電磁弁を制御する温度調節器を有するものであって、(2)前記温度センサで測定された温度が設定温度以下のときは、温度調節器が電磁弁を「閉」に制御して、真空ポンプの作動で外管と内管の間の真空度を高くすることにより、真空断熱させて、前記内管内の温度低下を防止し、(3)前記温度センサで測定された温度が設定温度より高いときは、温度調節器が電磁弁を「開」に制御して、外管と内管の間の真空度を低くすることにより、空気の対流を生じさせて熱エネルギーを逃がし、(4)外管と内管の間の真空度調節により前記内管内の温度制御を行う。   The Sabatier reaction apparatus of the present invention is preferably (1) as the vacuum degree adjusting means, a vacuum pump connected to one end of the outer pipe, a valve and a solenoid valve connected to the other end of the outer pipe, and a temperature in the inner pipe And (2) when the temperature measured by the temperature sensor is equal to or lower than a set temperature, the temperature controller The vacuum between the outer tube and the inner tube is increased by the operation of the vacuum pump to prevent the temperature from being lowered in the inner tube, and (3) the temperature sensor When the measured temperature is higher than the set temperature, the temperature controller controls the solenoid valve to “open” to reduce the degree of vacuum between the outer tube and the inner tube, thereby causing air convection. (4) By adjusting the degree of vacuum between the outer tube and the inner tube Controlling the temperature within said tube.

本発明のサバチエ反応装置は、前記内管の外壁面が黒色で、光を吸収し、管内の昇温を助長することが好ましい。   In the Sabatier reaction apparatus of the present invention, it is preferable that the outer wall surface of the inner tube is black, absorbs light, and promotes temperature rise in the tube.

また、本発明のサバチエ反応装置は、前記反射鏡が、サーボモータによる太陽追尾機能を有し、入射光が太陽光であることが好ましい。   In the Sabatier reaction apparatus of the present invention, it is preferable that the reflecting mirror has a sun tracking function by a servo motor, and the incident light is sunlight.

さらに、本発明のサバチエ反応装置は、前記反応ガス導入手段が、水素ガス及び二酸化炭素ガスがそれぞれマスフローコントローラで流量制御されて、混合してから前記内管に導入することが好ましい。   Further, in the Sabatier reaction apparatus of the present invention, it is preferable that the reaction gas introduction means introduces hydrogen gas and carbon dioxide gas into the inner pipe after the flow rate of hydrogen gas and carbon dioxide gas are controlled by a mass flow controller.

本発明の水蒸気電解装置は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のサバチエ反応装置のガス排出手段によって排出したメタンガス及び水蒸気を導入して水蒸気電解するものである。   The steam electrolysis apparatus of the present invention is an apparatus for performing steam electrolysis by introducing methane gas and steam discharged by the gas discharging means of the Sabatier reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4.

本発明のサバチエ反応装置及びこれを利用した水蒸気電解装置は、上述したとおりであるので、宇宙船や宇宙ステーション等の宇宙環境下においても、ヒータ等の熱源を用いずにサバチエ反応を可能とする。   Since the Sabatier reaction apparatus and the steam electrolysis apparatus using the same according to the present invention are as described above, the Sabatier reaction can be performed without using a heat source such as a heater even in a space environment such as a spacecraft or a space station. .

サバチエ反応を起こすためには、触媒存在下で約300℃の温度が必要である。この温度を維持するための熱エネルギーをどこに求めるかが重要である。本発明においては、太陽エネルギーを直接熱エネルギーに変換する。そのため、高効率で熱エネルギーを得ることができる。したがって、本発明は、特に宇宙空間において、非常に有効である。   In order to cause the Sabatier reaction, a temperature of about 300 ° C. is required in the presence of a catalyst. It is important where to find the thermal energy to maintain this temperature. In the present invention, solar energy is directly converted into thermal energy. Therefore, heat energy can be obtained with high efficiency. Therefore, the present invention is very effective especially in outer space.

図1は、本発明のサバチエ反応装置の実施例1の構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of Example 1 of the Sabatier reaction apparatus of the present invention.

図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)は、反射鏡(1)、二重管(4)、真空ポンプ(5)、真空度調節用バルブ(6)、電磁弁(7)、温度センサ(9)、温度調節器(10)、水素供給タンク(15)、二酸化炭素供給タンク(16)、ガス供給用バルブ(20a、20b)、混合タンク(17)、マスフローコントローラ(12a、12b)、ルテニウム触媒(8)、配管(21)、方位検出器(18)、増幅器(19)及びサーボモータ(11)を有する。   The Sabatier reaction device (22) of Example 1 of the present invention shown in FIG. 1 includes a reflecting mirror (1), a double pipe (4), a vacuum pump (5), a vacuum degree adjusting valve (6), and a solenoid valve. (7), temperature sensor (9), temperature controller (10), hydrogen supply tank (15), carbon dioxide supply tank (16), gas supply valves (20a, 20b), mixing tank (17), mass flow controller (12a, 12b), a ruthenium catalyst (8), a pipe (21), an orientation detector (18), an amplifier (19), and a servo motor (11).

図2は、本発明のサバチエ反応装置の実施例1のA−A´線断面概略図である。図2は、反射鏡(1)、二重管(4)以外は省略してある。図3は、本発明のサバチエ反応装置の実施例1の外観概略図である。図3においては、図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の反射鏡(1)及び支持体、二重管(4)、方位検出器(18)部分を示し、他の部分は省略してある。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ of Example 1 of the Sabatier reactor according to the present invention. In FIG. 2, components other than the reflecting mirror (1) and the double tube (4) are omitted. FIG. 3 is a schematic external view of Example 1 of the Sabachie reactor according to the present invention. In FIG. 3, the reflector (1) and the support, the double tube (4), and the orientation detector (18) of the Sabatier reaction device (22) of Example 1 of the present invention shown in FIG. Other parts are omitted.

反射鏡(1)は放物面を有し、外部からの入射光を反射して焦点部分に集光させることにより焦点部分の温度を上昇させることができる。図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の反射鏡(1)は、X−Y放物曲線をZ軸方向に延伸させたものであるが、X−Y放物曲線をZ軸回りに一回転させた放物曲線を有する回転放物面あるいは複合放物面を有する反射鏡を用いてもよい。   The reflecting mirror (1) has a paraboloid and can raise the temperature of the focal portion by reflecting incident light from the outside and condensing it on the focal portion. The reflecting mirror (1) of the Sabatier reactor (22) of Example 1 of the present invention shown in FIG. 1 is obtained by extending an XY parabolic curve in the Z-axis direction. A reflecting mirror having a paraboloid or a compound paraboloid having a parabolic curve obtained by rotating the curve around the Z axis may be used.

反射鏡(1)は、方位検出器(18)を有する。方位検出器(18)は、光の入射面に取り付けた、仕切りを挟んで並べた2個のフォトダイオード(図示せず)を有する受光器である。方位検出器(18)は、光の入射方向と直角になったときに前記2個のフォトダイオードの出力差がゼロとなるように調整してある。   The reflecting mirror (1) has an orientation detector (18). The azimuth detector (18) is a light receiver having two photodiodes (not shown) attached to the light incident surface and arranged side by side with a partition. The azimuth detector (18) is adjusted so that the output difference between the two photodiodes becomes zero when the angle is perpendicular to the incident direction of light.

反射鏡(1)が光の入射方向からずれると前記2個のフォトダイオードの出力差が生じる。方位検出器(18)に接続された比較アンプ(図示せず)に前記2個のフォトダイオードからの信号が送信され、前記出力差は、比較アンプに接続された増幅器(19)で増幅される。増幅器(19)及び反射鏡(1)に接続されたサーボモータ(11)が、前記出力差がゼロとなるように反射鏡(1)を動かす。   When the reflecting mirror (1) deviates from the incident direction of light, an output difference between the two photodiodes occurs. Signals from the two photodiodes are transmitted to a comparison amplifier (not shown) connected to the azimuth detector (18), and the output difference is amplified by an amplifier (19) connected to the comparison amplifier. . A servo motor (11) connected to the amplifier (19) and the reflecting mirror (1) moves the reflecting mirror (1) so that the output difference becomes zero.

光源としては、太陽光、キセノンランプ、赤外線ランプ等が利用できる。太陽光を光源とした場合、反射鏡(1)は、常に太陽の方位方向に自動追尾することになる。太陽の高度方向は手動で調整できる。   As the light source, sunlight, a xenon lamp, an infrared lamp, or the like can be used. When sunlight is used as a light source, the reflecting mirror (1) always automatically tracks in the azimuth direction of the sun. The altitude of the sun can be adjusted manually.

例えば、反射鏡のミラーの反射率を85%、内管の光吸収率を95%(反射率5%)とすると、約80%の太陽エネルギーが熱エネルギーに変換される。   For example, when the reflectance of the mirror of the reflecting mirror is 85% and the light absorption rate of the inner tube is 95% (reflectance 5%), approximately 80% of solar energy is converted into thermal energy.

真空の宇宙環境においては、空気で囲まれた地球上よりも、空気による光吸収がないため、太陽から同じ距離であっても同じ面積で受けることのできる太陽エネルギーは多い。したがって、本発明は、特に宇宙環境においては有効である。また、太陽を自動で追尾し太陽エネルギーを最大限利用することができるために、地球上はもちろんのこと、宇宙船内等、エネルギー供給手段や供給量が限定される環境においても非常に有効である。   In a vacuum space environment, there is not much light absorption by air than on the earth surrounded by air, so there is more solar energy that can be received in the same area even at the same distance from the sun. Therefore, the present invention is effective particularly in the space environment. In addition, because the sun can be tracked automatically and the solar energy can be used to the maximum extent, it is very effective not only on the earth but also in an environment where the energy supply means and supply amount are limited, such as in a spacecraft. .

二重管(4)は、外管が外管(3)で、内管が内管(2)である。二重管(4)は、反射鏡(1)の焦点部分に設けられる。図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の反射鏡(1)では、焦点が二重管に平行な線状であるため、管内の温度ムラが生じにくい。外管(3)としては、透光性を有するものが適している。図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の外管(3)は、ガラス管を用いた。内管(2)には、熱伝導性を有するものが適している。図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の内管(2)は、金属管を用いたが、SiC管等も用いることができる。図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)の内管(2)は、管の外側の壁面を黒く塗装してある。したがって、管壁が光を吸収し、管内の昇温を助長する。   In the double pipe (4), the outer pipe is the outer pipe (3) and the inner pipe is the inner pipe (2). The double tube (4) is provided at the focal point of the reflecting mirror (1). In the reflector (1) of the Sabatier reactor (22) of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the focal point is a line parallel to the double tube, and therefore, temperature unevenness in the tube is unlikely to occur. As the outer tube (3), one having translucency is suitable. A glass tube was used as the outer tube (3) of the Sabatier reactor (22) of Example 1 of the present invention shown in FIG. As the inner tube (2), one having thermal conductivity is suitable. The inner tube (2) of the Sabatier reactor (22) of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is a metal tube, but an SiC tube or the like can also be used. In the inner tube (2) of the Sabatier reactor (22) of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the outer wall surface of the tube is painted black. Therefore, the tube wall absorbs light and promotes temperature rise in the tube.

真空ポンプ(5)、真空度調節用バルブ(6)、電磁弁(7)、温度センサ(9)、及び温度調節器(10)は、外管(3)と内管(2)の間の真空度を調節する真空度調節手段としての役割を果たす。真空度の調節により内管内の温度制御を行うことができる。   A vacuum pump (5), a vacuum degree adjusting valve (6), a solenoid valve (7), a temperature sensor (9), and a temperature controller (10) are disposed between the outer pipe (3) and the inner pipe (2). It plays a role as a vacuum degree adjusting means for adjusting the vacuum degree. The temperature in the inner tube can be controlled by adjusting the degree of vacuum.

真空ポンプ(5)は、外管(3)の一端に接続される。外管(3)の他端には、真空度調節用バルブ(6)及び電磁弁(7)が接続される。温度センサ(9)は、内管(2)内の温度を測定する。温度調節器(10)は、電磁弁(7)を制御する。   The vacuum pump (5) is connected to one end of the outer tube (3). The other end of the outer tube (3) is connected to a vacuum degree adjusting valve (6) and a solenoid valve (7). The temperature sensor (9) measures the temperature in the inner pipe (2). The temperature controller (10) controls the solenoid valve (7).

温度センサ(9)で測定された温度が設定温度以下のときは、温度調節器(10)が電磁弁(7)を「閉」に制御して、真空ポンプ(5)の作動で外管(3)と内管(2)の間の真空度を高くすることにより、真空断熱させて、内管(2)内の温度低下を防止する。一方、温度センサ(9)で測定された温度が設定温度より高いときは、温度調節器(10)が電磁弁(7)を「開」に制御して、外管(3)と内管(2)の間の真空度を低くすることにより、空気の対流を生じさせて熱エネルギーを逃がす。すなわち、外管(3)と内管(2)の間の真空度を調節することにより、反射鏡によって昇温される内管(2)内の温度を一定に制御できる。   When the temperature measured by the temperature sensor (9) is equal to or lower than the set temperature, the temperature controller (10) controls the solenoid valve (7) to be “closed” and the vacuum pump (5) is operated to operate the outer pipe ( By increasing the degree of vacuum between 3) and the inner pipe (2), a vacuum is insulated to prevent a temperature drop in the inner pipe (2). On the other hand, when the temperature measured by the temperature sensor (9) is higher than the set temperature, the temperature controller (10) controls the solenoid valve (7) to “open” and the outer pipe (3) and the inner pipe ( By reducing the degree of vacuum during 2), air convection is generated and heat energy is released. That is, by adjusting the degree of vacuum between the outer tube (3) and the inner tube (2), the temperature in the inner tube (2) heated by the reflecting mirror can be controlled to be constant.

水素供給タンク(15)、二酸化炭素供給タンク(16)、ガス供給用バルブ(20a、20b)、混合タンク(17)、及びマスフローコントローラ(12a、12b)は、内管(2)内に水素と二酸化炭素を導入する反応ガス導入手段としての役割を果たす。   A hydrogen supply tank (15), a carbon dioxide supply tank (16), a gas supply valve (20a, 20b), a mixing tank (17), and a mass flow controller (12a, 12b) It plays a role as a reaction gas introduction means for introducing carbon dioxide.

水素は、ガス供給用バルブ(20a)の開閉により、水素供給タンク(15)から混合タンク(17)へ、マスフローコントローラ(12a)で流量制御されて流入する。また、二酸化炭素は、ガス供給用バルブ(20b)の開閉により、二酸化炭素供給タンク(16)から混合タンク(17)へ、マスフローコントローラ(12b)で流量制御されて流入する。混合タンク(17)内で一定の割合で混合してから内管(2)内に導入する。   The hydrogen flows from the hydrogen supply tank (15) into the mixing tank (17) with the mass flow controller (12a) controlled by opening and closing the gas supply valve (20a). Carbon dioxide flows from the carbon dioxide supply tank (16) into the mixing tank (17) with the flow controlled by the mass flow controller (12b) by opening and closing the gas supply valve (20b). After mixing at a constant rate in the mixing tank (17), it is introduced into the inner pipe (2).

ルテニウム触媒(8)は、内管(2)内に挿入されている。内管(2)では、導入された水素と二酸化炭素がルテニウム触媒(8)存在下でサバチエ第1反応をして、メタンと水蒸気が発生する。配管(21)は、内管(2)内で変換されたガスであるメタンと水蒸気を取り出すガス排出手段の役割を果たす。   The ruthenium catalyst (8) is inserted into the inner pipe (2). In the inner pipe (2), the introduced hydrogen and carbon dioxide undergo a Sabatier first reaction in the presence of the ruthenium catalyst (8) to generate methane and water vapor. The pipe (21) serves as a gas discharge means for taking out methane and water vapor which are gases converted in the inner pipe (2).

本発明の実施例1のサバチエ反応装置(22)は、水蒸気電解に必要な水蒸気を水蒸気電解装置に供給することができる。   The Sabatier reaction apparatus (22) of Example 1 of the present invention can supply water vapor necessary for water vapor electrolysis to the water vapor electrolysis apparatus.

本発明のサバチエ反応装置の実施例1によれば太陽光等を集光して内管内の温度を上昇させることができ、かつ、温度コントロールができるので、宇宙船や宇宙ステーション等の宇宙環境下においても、ヒータ等の熱源を用いずにサバチエ反応を可能とする。   According to the first embodiment of the Sabachie reactor of the present invention, sunlight and the like can be concentrated to increase the temperature in the inner tube, and the temperature can be controlled. Also, the Sabatier reaction is possible without using a heat source such as a heater.

図4は、本発明の水蒸気電解装置の実施例1の構成図である。図4に示した本発明の実施例1の水蒸気電解装置(23)は、水蒸気電解部(13)に図1に示した本発明の実施例1のサバチエ反応装置が接続されている。配管(21)は、サバチエ反応装置(22)で生成した水蒸気を水蒸気電解部(13)に導く。配管(21)には、温度低下により水蒸気が液体の水になるのを防ぐため、保温ヒータ(14)が巻いてある。   FIG. 4 is a configuration diagram of Embodiment 1 of the steam electrolysis apparatus of the present invention. In the steam electrolysis apparatus (23) of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the Sabatier reaction apparatus of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is connected to the steam electrolysis section (13). The pipe (21) guides the water vapor generated by the Sabatier reactor (22) to the water vapor electrolysis unit (13). The pipe (21) is wrapped with a heat retaining heater (14) to prevent water vapor from becoming liquid water due to a temperature drop.

水蒸気電解部(13)は、サバチエ反応装置(22)から水蒸気を電解槽内へ導入する手段を有し、水蒸気透過性を有する陰極をフッ素樹脂系のイオン交換膜Aと触媒つきフッ素樹脂系のイオン交換膜Bの間に挟みこみ、イオン交換膜Aの外側に水蒸気導入相を配し、イオン交換膜Bの外側には陽極を配した電解槽である。   The water vapor electrolysis unit (13) has means for introducing water vapor into the electrolytic cell from the Sabachie reactor (22), and the cathode having water vapor permeability is made of a fluororesin ion exchange membrane A and a fluororesin system with a catalyst. The electrolytic cell is sandwiched between ion exchange membranes B, a water vapor introduction phase is arranged outside the ion exchange membrane A, and an anode is arranged outside the ion exchange membrane B.

前記水蒸気導入相内に導入された水蒸気が、イオン交換膜Aと前記陰極内を通過して、イオン交換膜Bに吸水され、両電極への電圧印加により、電解され、イオン交換膜B内をプロトンが陽極側から陰極側に移動して、陰極表面に水素が発生し、陽極表面に酸素が発生することにより、発生した酸素と水素に水を混入させないものである。   The water vapor introduced into the water vapor introduction phase passes through the ion exchange membrane A and the cathode, is absorbed by the ion exchange membrane B, is electrolyzed by applying voltage to both electrodes, and passes through the ion exchange membrane B. Proton moves from the anode side to the cathode side, hydrogen is generated on the cathode surface, and oxygen is generated on the anode surface, so that water is not mixed into the generated oxygen and hydrogen.

水蒸気電解部(13)は、(ア)サバチエ反応装置(22)から水蒸気を導入する手段を有する隔室A、(イ)フッ素樹脂系イオン交換膜、(ウ)水素排出手段を有し、かつ、スポンジ状陰極を充填した隔室B、(エ)白金、イリジウム、ロジウム又はイリジウム−ロジウム合金をメッキしたフッ素樹脂系イオン交換膜、(オ)多孔質チタンに白金メッキした陽極、(カ)酸素排出手段を有する隔室Cを(ア)から(カ)の順にサンドイッチした電解槽である。   The steam electrolysis section (13) has (a) a compartment A having means for introducing steam from the Sabachie reactor (22), (b) a fluororesin-based ion exchange membrane, (c) hydrogen discharge means, and , Compartment B filled with a sponge-like cathode, (d) a fluororesin ion exchange membrane plated with platinum, iridium, rhodium or iridium-rhodium alloy, (e) an anode plated with platinum on porous titanium, (f) oxygen It is an electrolytic cell in which the compartment C having the discharge means is sandwiched in the order of (A) to (F).

サバチエ反応装置(22)から水蒸気を導入する配管には保温のため、保温ヒータ(14)が巻いてある。   A heat insulation heater (14) is wound around the pipe for introducing water vapor from the Sabachie reactor (22) for heat insulation.

本発明のサバチエ反応装置及びこれを利用した水蒸気電解装置は、宇宙空間のような閉鎖空間での人間の排出する二酸化炭素から酸素を取り出して人間の生命維持のために役立つ重要な技術である。   The Sabachie reactor of the present invention and a steam electrolysis apparatus using the same are important technologies useful for maintaining human life by extracting oxygen from carbon dioxide discharged by humans in a closed space such as outer space.

本発明のサバチエ反応装置の実施例1の構成図である。It is a block diagram of Example 1 of the Sabatier reaction apparatus of this invention. 本発明のサバチエ反応装置の実施例1のA−A´線断面概略図である。It is an AA 'line section schematic diagram of Example 1 of the Sabatier reaction device of the present invention. 本発明のサバチエ反応装置の実施例1の外観概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the external appearance schematic of Example 1 of the Sabatier reaction apparatus of this invention. 本発明の水蒸気電解装置の実施例1の構成図である。It is a block diagram of Example 1 of the steam electrolysis apparatus of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反射鏡
2 内管
3 外管
4 二重管
5 真空ポンプ
6 真空度調節用バルブ
7 電磁弁
8 ルテニウム触媒
9 温度センサ
10 温度調節器
11 サーボモータ
12 マスフローコントローラ
13 水蒸気電解部
14 保温ヒータ
15 水素供給タンク
16 二酸化炭素供給タンク
17 混合タンク
18 方位検出器
19 増幅器
20 ガス供給用バルブ
21 配管
22 サバチエ反応装置
23 水蒸気電解装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflector 2 Inner tube 3 Outer tube 4 Double tube 5 Vacuum pump 6 Vacuum degree adjustment valve 7 Electromagnetic valve 8 Ruthenium catalyst 9 Temperature sensor 10 Temperature controller 11 Servo motor 12 Mass flow controller 13 Steam electrolysis unit 14 Heating heater 15 Hydrogen Supply tank 16 Carbon dioxide supply tank 17 Mixing tank 18 Orientation detector 19 Amplifier 20 Gas supply valve 21 Pipe 22 Sabachie reactor 23 Steam electrolyzer

Claims (4)

(1)外部からの入射光を反射して焦点部分に集光させることにより焦点部分の温度を上昇させる、放物面を有する反射鏡、(1) A reflecting mirror having a paraboloid that raises the temperature of the focal portion by reflecting incident light from the outside and condensing it on the focal portion.
(2)反射鏡の焦点部分に設けられた、外管が透光性を有する管で、内管が熱伝導性を有する管である二重管、(2) a double tube provided at the focal point of the reflecting mirror, wherein the outer tube is a light-transmitting tube and the inner tube is a heat-conductive tube;
(3)外管と内管の間の真空度を調節する真空度調節手段、(3) Vacuum degree adjusting means for adjusting the degree of vacuum between the outer pipe and the inner pipe,
(4)内管内に水素と二酸化炭素を導入する反応ガス導入手段、(4) Reactive gas introduction means for introducing hydrogen and carbon dioxide into the inner pipe,
(5)内管内に挿入されたルテニウム触媒、(5) a ruthenium catalyst inserted into the inner tube,
(6)内管内で変換されたガスを取り出すガス排出手段、(6) Gas discharge means for taking out the gas converted in the inner pipe,
を有し、内管内でサバチエ反応をさせ、Have a Sabatie reaction in the inner tube,
かつ、前記真空度調節手段として、And as said vacuum degree adjustment means,
(2−1)外管の一端に接続された真空ポンプ、外管の他端に接続されたバルブ及び電磁弁、内管内の温度を測定する温度センサ、並びに、電磁弁を制御する温度調節器を有し、(2-1) A vacuum pump connected to one end of the outer pipe, a valve and a solenoid valve connected to the other end of the outer pipe, a temperature sensor for measuring the temperature in the inner pipe, and a temperature controller for controlling the solenoid valve Have
(2−2)前記温度センサで測定された温度が設定温度以下のときは、温度調節器が電磁弁を「閉」に制御して、真空ポンプの作動で外管と内管の間の真空度を高くすることにより、真空断熱させて、前記内管内の温度低下を防止し、(2-2) When the temperature measured by the temperature sensor is equal to or lower than the set temperature, the temperature controller controls the solenoid valve to “closed”, and the vacuum between the outer tube and the inner tube is activated by the operation of the vacuum pump. By increasing the degree, vacuum insulation, to prevent a temperature drop in the inner tube,
(2−3)前記温度センサで測定された温度が設定温度より高いときは、温度調節器が電磁弁を「開」に制御して、外管と内管の間の真空度を低くすることにより、空気の対流を生じさせて熱エネルギーを逃がし、(2-3) When the temperature measured by the temperature sensor is higher than the set temperature, the temperature controller controls the solenoid valve to “open” to lower the degree of vacuum between the outer tube and the inner tube. Causes air convection to escape thermal energy,
(2−4)外管と内管の間の真空度調節により前記内管内の温度制御を行うことを特徴とするサバチエ反応装置。(2-4) A Sabatier reactor characterized in that the temperature in the inner pipe is controlled by adjusting the degree of vacuum between the outer pipe and the inner pipe.
前記内管の外壁面が黒色で、光を吸収し、管内の昇温を助長することを特徴とする請求項1記載のサバチエ反応装置。The Sabatier reaction apparatus according to claim 1, wherein the outer wall surface of the inner tube is black, absorbs light, and promotes temperature rise in the tube. 前記反射鏡が、サーボモータによる太陽追尾機能を有し、入射光が太陽光であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のサバチエ反応装置。The Sabatier reaction device according to claim 1 or 2, wherein the reflecting mirror has a sun tracking function by a servo motor, and the incident light is sunlight. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のサバチエ反応装置のガス排出手段によって排出したメタンガス及び水蒸気を導入して水蒸気電解することを特徴とする水蒸気電解装置。A steam electrolysis apparatus, wherein steam electrolysis is performed by introducing methane gas and water vapor discharged by the gas discharge means of the Sabatier reactor according to any one of claims 1 to 3.
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