JP4436751B2 - 水素ポンプの運転方法 - Google Patents
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Description
Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol.41,No.1,p.95-97(January 2004)
請求項1に記載の発明の水素ポンプの運転方法においては、アノード電極には水蒸気等の水素化合物のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用い、カソード電極には水素及び水素同位体のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用いている。アノード電極では、水素及び水素同位体はもとより水蒸気等の水素化合物を含むガスの透過性が改善されるとともに、カソード電極では水素及び水素同位体のガスの透過性が改善される。従って、カソード電極における水素及び水素同位体のガスの生成量を増大させることができる。
図1は本実施形態における水素ポンプ10を示す概略説明図である。この図に示すように、水素ポンプ本体11内の中央位置には、アノード室12とカソード室13にほぼ2等分して区画するようにプロトン導電性セラミックスよりなる電解質基板14が固定されている。電解質基板14を構成するプロトン導電性セラミックスとしては、CaZrO系酸化物(例えばCaZr0.9In0.1O3)等が用いられる。
まず、導入用ポンプ18を作動させ、対象ガス導入配管17から対象ガスをアノード室12内に導入する。その状態で直流電源22によりアノード電極15とカソード電極16との間に例えば2Vの電圧を印加するとともに、例えば650℃に加熱する。これにより、アノード室12内の対象ガス中に含まれる水蒸気及び水素、水素同位体等のガスが、アノード電極15上で分解され、水素イオン、トリチウムイオン等の水素及び水素同位体のイオンにイオン化される。例えば、アノード電極15上で、水蒸気が下記の反応式(1)に基づいて水素イオンと酸素ガスに分解される。
生成した水素イオン、トリチウムイオン等の水素及び水素同位体のイオンが電解質基板14を構成するプロトン導電性セラミックス中を透過する。プロトン導電性セラミックス中を透過した水素イオン、トリチウムイオン等はカソード電極16上で水素ガス、トリチウムガス等の水素及び水素同位体のガスとなって生成され、カソード室13に収容される。例えば、カソード電極16上で水素イオンが下記の反応式(2)に基づいて水素となって生成される。
この際、キャリアガス供給用配管28からキャリアガスがカソード室13内に予め供給、充填されている。そして、循環配管23の第1調整バルブ23a及び第2調整バルブ23bが開かれ、循環用ポンプ25が作動されることにより、カソード室13中の水素ガス、トリチウムガス等のガスがトリチウムモニター24に流れ、そこで検出される。
・ 本実施形態の水素ポンプ10においては、アノード電極15には水蒸気等の水素化合物のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用い、カソード電極16には水素及び水素同位体のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用いている。このため、アノード電極15では、水素及び水素同位体はもとより水蒸気等の水素化合物のガスの透過性が改善され、カソード電極16では水素及び水素同位体のガスの透過性が改善される。従って、カソード電極16における水素及び水素同位体のガスの生成量を増大させることができる。
・ 水素ポンプ10の構造として、電解質基板14を逆U字状に形成し、その内周面にアノード電極15を設け、外周面にカソード電極16を設け、電解質基板14の内側空間をアノード室12とし、外側空間をカソード室13とするように構成することもできる。
・ 多孔質のアノード電極15を、金属又は金属酸化物と有機物との混合物を焼成し、多孔質化して形成することもできる。
・ 前記酸化処理を行った後に、カソード室内から酸素を排気するように運転することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の水素ポンプの運転方法。この運転方法によれば、カソード電極での水素等の生成を速やかに回復させることができる。
Claims (3)
- プロトン導電性セラミックスで形成された電解質基板の両面にアノード電極及びカソード電極を形成するとともに、アノード電極側にアノード室を設け、カソード電極側にカソード室を設け、前記アノード室に水素及び水素同位体を含む対象ガスを収容し、両電極間に直流電圧を印加することにより対象ガス中の水素及び水素同位体を含むガスをアノード電極上で分解し、生成した水素及び水素同位体のイオンが電解質基板を透過し、カソード電極上で水素及び水素同位体のガスを生成し、カソード室に収容する水素ポンプにおいて、前記アノード電極には水素化合物のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用い、カソード電極には水素及び水素同位体のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極を用いる水素ポンプを使用し、アノード電極とカソード電極との間に直流電圧を印加し、アノード室内の対象ガス中の水素及び水素同位体を含むガスをアノード電極上で分解し、生成した水素及び水素同位体のイオンが電解質基板を透過し、カソード電極上で水素及び水素同位体のガスを生成し、カソード室に収容するように運転し、前記運転中にカソード電極に対して酸素又は酸素を含む混合ガスを通気し、プロトン導電性セラミックスの酸化処理を行うことを特徴とする水素ポンプの運転方法。
- 前記酸化処理を、アノード電極とカソード電極との間に直流電圧が印加された状態で行うことを特徴とする請求項1に記載の水素ポンプの運転方法。
- 前記酸素を含む混合ガスとして、アノード室に収容される対象ガスを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水素ポンプの運転方法。
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