JP6572223B2 - 重水素低減水の製造方法、重水と軽水の分離方法、および重水素濃縮水の製造方法 - Google Patents
重水素低減水の製造方法、重水と軽水の分離方法、および重水素濃縮水の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、一般的な水から重水または半重水の量を低減させた重水素低減水を製造する方法に関する。
また、本発明は、軽水から重水および半重水を分離する方法、および重水や半重水を多く含む重水素濃縮水を製造する方法に関する。
また、本発明は、軽水から重水および半重水を分離する方法、および重水や半重水を多く含む重水素濃縮水を製造する方法に関する。
一般的な水には、Ｈ２Ｏ（軽水）と、水素原子の同位体である重水素原子を含んだ水分子である、Ｄ２Ｏ（重水）やＤＨＯ（半重水）とが混在している。自然界にある水に含まれる重水および半重水の濃度は、採取される場所によって差があるが、平地では約１５０ｐｐｍ程度であり、そのほとんどは半重水である。
人体に含まれる重水および半重水の量は、例えば体重６０ｋｇの成人であれば体重の９５ｐｐｍと微量である。
しかし、重水や半重水は、物質の溶解度、電気伝導度、電離度などの物性や反応速度が軽水とは異なるため、大量に摂取すると生体内反応に失調をきたし、また、純粋な重水中では生物は死滅する。そのため、飲用水等の重水素濃度が低いほど人体の健康にとって望ましいと言われ、検証が進められている。
重水や半重水をほとんど含まない重水素低減水は、日本では厚生労働省からは認可されていないものの、ハンガリーでは動物用の抗がん剤として認可されており、ガン患者等が飲用することも多い。
人体に含まれる重水および半重水の量は、例えば体重６０ｋｇの成人であれば体重の９５ｐｐｍと微量である。
しかし、重水や半重水は、物質の溶解度、電気伝導度、電離度などの物性や反応速度が軽水とは異なるため、大量に摂取すると生体内反応に失調をきたし、また、純粋な重水中では生物は死滅する。そのため、飲用水等の重水素濃度が低いほど人体の健康にとって望ましいと言われ、検証が進められている。
重水や半重水をほとんど含まない重水素低減水は、日本では厚生労働省からは認可されていないものの、ハンガリーでは動物用の抗がん剤として認可されており、ガン患者等が飲用することも多い。
一般的な水から重水素低減水を製造する方法として、従来の技術では、水素と重水素とのごくわずかな物理的性質の差を利用し、蒸留を繰り返す方法（特許文献１）や水電解法による方法（特許文献２）で重水素低減水を製造していた。
しかし、重水素低減水を製造する従来の方法では、大型の設備や複雑な作業の繰り返しが必要であり、その製造コストは高かった。そのため、ガン患者や、各種効能を期待して飲用を望む者にとって、大きな経済負担となっていた。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、重水素低減水を容易かつ低コストで製造することを課題とする。
また、本発明は、重水や半重水を多く含む重水素濃縮水を容易かつ低コストで製造することを課題とする。
また、本発明は、重水や半重水を多く含む重水素濃縮水を容易かつ低コストで製造することを課題とする。
本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着しない水蒸気を回収する吸着工程を有することを特徴とする。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
第１の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着しない水蒸気を回収する吸着工程を有することを特徴とする。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
第２の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程を有することを特徴とする。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
第３の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、所定の吸着材に対し、水蒸気を供給して吸着させる工程と、上記吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程とを少なくとも１回ずつ有することを特徴とする。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
第４の発明は、水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、第一吸着槽において水蒸気を吸着させた所定の第一吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記第一吸着材から脱離した水蒸気を回収するとともに、第二吸着槽において所定の第二吸着材に対し、上記第一吸着槽で回収した水蒸気を供給して吸着させる第一工程と、上記第二吸着槽において上記水蒸気を吸着させた第二吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記第二吸着材から脱離した水蒸気を回収するとともに、上記第一吸着槽において上記第一吸着材に対し、上記第二吸着槽で回収した水蒸気を供給して吸着させる第二工程とを少なくとも１回ずつ有することを特徴とする。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
なお、重水または半重水を多く含有する水を回収し利用する場合にも、上記方法を用いることができる。
第５の発明は、上記吸着材が、水蒸気吸着等温線のＩＵＰＡＣの分類においてIV型またはＶ型に分類される材料から形成されることを特徴とする。
第６の発明は、水を、軽水と重水および半重水とに分離する方法であって、所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させることを特徴とする。
第７の発明は、水を、軽水と重水および半重水とに分離する方法であって、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させることを特徴とする。
第８の発明は、水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、所定の吸着材に対し、水蒸気を重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着した水を回収する吸着工程を有することを特徴とする。
第９の発明は、水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させる脱離工程の後、上記吸着材に残存する水を回収することを特徴とする。
第１の発明によれば、所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着しない水蒸気を回収する吸着工程を有することにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に重水素低減水を製造することができる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
第２の発明によれば、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程を有することにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に重水素低減水を製造することができる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
第３の発明によれば、所定の吸着材に対し、水蒸気を供給して吸着させる工程と、上記吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程とを少なくとも１回ずつ有することにより、吸着材に効率的に重水および半重水を吸着させて、低コストかつ容易に重水素低減水を製造することができる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
また、吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
第４の発明によれば、第一吸着槽と第二吸着槽との一方で脱離工程を行うと同時に他方で水蒸気の吸着を行うことにより、第一吸着材および第二吸着材にきわめて効率的に重水および半重水を吸着させて、低コストかつ容易に重水素低減水を製造することができる。
また、第一吸着材および第二吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
また、第一吸着材および第二吸着材に残留した水には、重水や半重水が濃縮されて多量に含まれているため、これを利用することもできる。
第５の発明によれば、上記吸着材が、水蒸気吸着等温線のＩＵＰＡＣの分類においてIV型またはＶ型に分類される材料から形成されることにより、容易に重水および半重水を分離して、重水素低減水を製造することができる。
第６の発明によれば、所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させることにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に軽水から重水および半重水を分離することができる。
第７の発明によれば、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させることにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に軽水から重水および半重水を分離することができる。
第８の発明によれば、所定の吸着材に対し、水蒸気を重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着した水を回収する吸着工程を有することにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に重水素濃縮水を製造することができる。
第９の発明によれば、水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させる脱離工程の後、上記吸着材に残存する水を回収することにより、従来に比べて簡素な装置で、低コストかつ容易に重水素濃縮水を製造することができる。
以下、本発明の実施形態に係る重水素低減水の製造方法について説明する。
本発明は、所定の吸着材に対して重水や半重水が軽水よりも吸着しやすく、脱離しにくいことを利用したものである。
本発明は、所定の吸着材に対して重水や半重水が軽水よりも吸着しやすく、脱離しにくいことを利用したものである。
吸着材には、水蒸気に対し、ＩＵＰＡＣの吸着等温線の分類においてIV型またはＶ型に分類される材料を用いることが好ましい。IV型またはＶ型の材料は、小さな圧力変化で吸着量が大きく変化するためである。
このような材料としては、活性炭、活性炭素繊維、カーボンナノチューブなどの炭素系の吸着材や、シリカゲル、ゼオライトなどの無機多孔体などが例示できる。
この中では、ＡＱＳＯＡ（登録商標）やＡＬＰＯ−５などのＡｌＰＯ系ゼオライトの材料が吸着性能に優れ、活性炭が低コストである。
以下では、吸着材として活性炭を使用した例に基づいて説明する。
このような材料としては、活性炭、活性炭素繊維、カーボンナノチューブなどの炭素系の吸着材や、シリカゲル、ゼオライトなどの無機多孔体などが例示できる。
この中では、ＡＱＳＯＡ（登録商標）やＡＬＰＯ−５などのＡｌＰＯ系ゼオライトの材料が吸着性能に優れ、活性炭が低コストである。
以下では、吸着材として活性炭を使用した例に基づいて説明する。
図１は、吸着材を活性炭（株式会社アドール製活性炭素繊維「Ａ−２０」）とした場合の２５℃での水蒸気吸着等温線を、重水、半重水、軽水に分けて示したグラフである。
図１に示すように、重水、半重水、軽水のいずれも、小さな圧力変化で活性炭への吸着量が大きく変化する。また、重水、半重水、軽水のいずれも活性炭への吸着時と脱離時とでヒステリシスを示す。
水蒸気圧を低圧から上昇させて水蒸気を活性炭に吸着させると、１４〜１７Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭に吸着し、１５〜１８Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭に吸着し、１６〜１９Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭に吸着する。
また、活性炭に水蒸気を十分に吸着させた後、水蒸気圧を高圧から低下させて水蒸気を活性炭から脱離させると、１４〜１３Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭から脱離し、１３〜１２Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭から脱離し、１２〜１１Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭から脱離する。
図１に示すように、重水、半重水、軽水のいずれも、小さな圧力変化で活性炭への吸着量が大きく変化する。また、重水、半重水、軽水のいずれも活性炭への吸着時と脱離時とでヒステリシスを示す。
水蒸気圧を低圧から上昇させて水蒸気を活性炭に吸着させると、１４〜１７Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭に吸着し、１５〜１８Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭に吸着し、１６〜１９Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭に吸着する。
また、活性炭に水蒸気を十分に吸着させた後、水蒸気圧を高圧から低下させて水蒸気を活性炭から脱離させると、１４〜１３Ｔｏｒｒで多量の軽水が活性炭から脱離し、１３〜１２Ｔｏｒｒで多量の半重水が活性炭から脱離し、１２〜１１Ｔｏｒｒで多量の重水が活性炭から脱離する。
＜第一実施形態＞
第一実施形態では、活性炭を用意し、重水や半重水が吸着して軽水が吸着しにくい圧力で水蒸気を供給することを特徴とする。
第一実施形態に用いる分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置１を有する。
この気化装置１から延びる配管は、吸着槽２に接続されている。
吸着槽２の内部には活性炭からなる吸着材が配置されている。
第一実施形態では、活性炭を用意し、重水や半重水が吸着して軽水が吸着しにくい圧力で水蒸気を供給することを特徴とする。
第一実施形態に用いる分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置１を有する。
この気化装置１から延びる配管は、吸着槽２に接続されている。
吸着槽２の内部には活性炭からなる吸着材が配置されている。
吸着槽２の下流側には、水蒸気を水に戻す液化装置３が設けられている。
吸着槽２と液化装置３とを接続する配管の途中には遮断弁４が設けられている。
吸着槽２と液化装置３とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁５を経由して水蒸気を排気することができる。
吸着槽２と液化装置３とを接続する配管の途中には遮断弁４が設けられている。
吸着槽２と液化装置３とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁５を経由して水蒸気を排気することができる。
図２の分離装置では、まず、気化装置１で水を気化させ、２５℃、１６Ｔｏｒｒで水蒸気を吸着槽２に流すと、吸着材に対して重水は軽水の約５倍吸着する。そのため、水蒸気を供給し続けながら遮断弁４を開け、吸着せずに残った水蒸気を順次液化装置３で水に戻して回収することにより、重水素の濃度を低下させた重水素低減水を得ることができる。
吸着材への重水および半重水の吸着量が多くなったら、遮断弁４を閉じるとともに遮断弁５を開け、重水および半重水を吸着材から脱離させて排気する。
吸着材への重水および半重水の吸着量が多くなったら、遮断弁４を閉じるとともに遮断弁５を開け、重水および半重水を吸着材から脱離させて排気する。
また、図３に示すように、複数の吸着槽７，８を設けた分離装置を用いることもできる。
この分離装置では、気化装置６の下流に第一吸着槽７を設けるとともに、第一吸着槽７の下流に第二吸着槽８を設けている。
第一吸着槽７と第二吸着槽８とを接続する配管の途中には遮断弁１０が設けられている。
また、第一吸着槽７と第二吸着槽８とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁１１を経由して水蒸気を排気することができる。
第二吸着槽８と液化装置９とを接続する配管の途中には遮断弁１２が設けられている。
また、第二吸着槽８と液化装置９とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁１３を経由して水蒸気を排気することができる。
この分離装置では、気化装置６の下流に第一吸着槽７を設けるとともに、第一吸着槽７の下流に第二吸着槽８を設けている。
第一吸着槽７と第二吸着槽８とを接続する配管の途中には遮断弁１０が設けられている。
また、第一吸着槽７と第二吸着槽８とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁１１を経由して水蒸気を排気することができる。
第二吸着槽８と液化装置９とを接続する配管の途中には遮断弁１２が設けられている。
また、第二吸着槽８と液化装置９とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁１３を経由して水蒸気を排気することができる。
図３の分離装置では、まず、気化装置６で水を気化させ、２５℃、１６Ｔｏｒｒで水蒸気を第一吸着槽７に流すと、第一吸着材に対して重水は軽水の約５倍吸着する。
遮断弁１０，１２は予め開けておき、水蒸気が順次第一吸着槽７から第二吸着槽８に流れると、第二吸着材に対しても重水は軽水の約５倍吸着する。
そのため、水蒸気を供給し続けながら吸着せずに残った水蒸気を順次液化装置９で水に戻して回収することにより、重水素の濃度をさらに低下させた重水素低減水を得ることができる。
第一吸着材および第二吸着材への重水および半重水の吸着量が多くなったら、遮断弁１０，１２を閉じるとともに遮断弁１１，１３を開け、重水および半重水を第一吸着材および第二吸着材から脱離させて排気する。
遮断弁１０，１２は予め開けておき、水蒸気が順次第一吸着槽７から第二吸着槽８に流れると、第二吸着材に対しても重水は軽水の約５倍吸着する。
そのため、水蒸気を供給し続けながら吸着せずに残った水蒸気を順次液化装置９で水に戻して回収することにより、重水素の濃度をさらに低下させた重水素低減水を得ることができる。
第一吸着材および第二吸着材への重水および半重水の吸着量が多くなったら、遮断弁１０，１２を閉じるとともに遮断弁１１，１３を開け、重水および半重水を第一吸着材および第二吸着材から脱離させて排気する。
＜第二実施形態＞
第二実施形態では、水蒸気を十分に吸着させた活性炭を用意し、周囲の気圧を、軽水が脱離して重水および半重水が脱離しにくい圧力に保持することを特徴とする。
第二実施形態では、第一実施形態と同じく図２に記載した分離装置を用いる。
第二実施形態では、水蒸気を十分に吸着させた活性炭を用意し、周囲の気圧を、軽水が脱離して重水および半重水が脱離しにくい圧力に保持することを特徴とする。
第二実施形態では、第一実施形態と同じく図２に記載した分離装置を用いる。
第二実施形態では、まず、気化装置１で水を気化させて吸着槽２へ供給し、たとえば２５℃で気圧を２０Ｔｏｒｒ以上にして水蒸気を十分に吸着材に吸着させた後、１３Ｔｏｒｒまで低下させると、多量の軽水が脱離する。次いで、遮断弁４を開け、この脱離した水蒸気を液化装置３で水に戻して回収することにより、重水素の濃度を低下させた重水素低減水を得ることができる。
図１の重水、半重水、軽水の吸着等温線は、脱離時の傾きが吸着時の傾きよりも急であり、小さな圧力変化で吸着量がより大きく変化するため、第二実施形態では、第一実施形態以上に重水素の濃度を低下させることが期待できる。
また、軽水の吸着・脱離速度は、重水および半重水よりも速い。したがって、第二実施形態において、１３Ｔｏｒｒに圧力を低下させた後、重水、半重水、軽水の脱離が均衡（飽和）状態になり安定する前に脱離した水蒸気を回収すると、一層重水素の濃度の低い重水素低減水を得ることができる。
また、軽水の吸着・脱離速度は、重水および半重水よりも速い。したがって、第二実施形態において、１３Ｔｏｒｒに圧力を低下させた後、重水、半重水、軽水の脱離が均衡（飽和）状態になり安定する前に脱離した水蒸気を回収すると、一層重水素の濃度の低い重水素低減水を得ることができる。
＜第三実施形態＞
第三実施形態は、第二実施形態の脱離工程を繰り返すことを特徴とする。
第三実施形態の分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置１４を有する。
この気化装置１４から延びる配管は、吸着槽１５に接続されている。
この配管の途中には、遮断弁２２が設けられている。
第三実施形態は、第二実施形態の脱離工程を繰り返すことを特徴とする。
第三実施形態の分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置１４を有する。
この気化装置１４から延びる配管は、吸着槽１５に接続されている。
この配管の途中には、遮断弁２２が設けられている。
吸着槽１５の内部には活性炭からなる吸着材が配置されている。
吸着槽１５は所定の配管によって第一ガス槽１６と接続され、この配管中にはポンプ１７が配置されている。ポンプ１７により、吸着槽１５と第一ガス槽１６との間で水蒸気を行き来させることができる。
吸着槽１５は所定の配管によって第一ガス槽１６と接続され、この配管中にはポンプ１７が配置されている。ポンプ１７により、吸着槽１５と第一ガス槽１６との間で水蒸気を行き来させることができる。
また、吸着槽１５と第一ガス槽１６とからそれぞれ下流側へ延びる配管には、それぞれ遮断弁２３，２４が設けられ、その下流で１本に合流して第二ガス槽１８へと接続されている。
第二ガス槽１８には、水蒸気中の重水、半重水、軽水の比率を分析する分析器１９が併設されている。
第二ガス槽１８の下流側には、水蒸気を水に戻す液化装置２０が設けられている。
第二ガス槽１８と液化装置２０とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁２５とポンプ２１とを経由して水蒸気を排気することができる。
第二ガス槽１８には、水蒸気中の重水、半重水、軽水の比率を分析する分析器１９が併設されている。
第二ガス槽１８の下流側には、水蒸気を水に戻す液化装置２０が設けられている。
第二ガス槽１８と液化装置２０とを接続する配管は途中で分岐し、遮断弁２５とポンプ２１とを経由して水蒸気を排気することができる。
第三実施形態では、まず、気化装置１４から吸着槽１５に水蒸気を２５℃、２０Ｔｏｒｒ以上で供給して、吸着材に水蒸気を飽和吸着させる。
次いで、吸着槽１５内の水蒸気をポンプ１７によって第一ガス槽１６に供給し、吸着槽１５を１３〜１４Ｔｏｒｒまで減圧して、第二実施形態の脱離工程を行う。
その後、第一ガス槽１６内の水蒸気をポンプ１７によって吸着槽１５へ戻し、２０Ｔｏｒｒ以上に加圧して吸着材に飽和吸着させる。
以下、飽和吸着と脱離工程とを交互に繰り返した後、遮断弁２３，２４を開き、水蒸気を第二ガス槽１８に供給して分析器１９で分析する。
次いで、吸着槽１５内の水蒸気をポンプ１７によって第一ガス槽１６に供給し、吸着槽１５を１３〜１４Ｔｏｒｒまで減圧して、第二実施形態の脱離工程を行う。
その後、第一ガス槽１６内の水蒸気をポンプ１７によって吸着槽１５へ戻し、２０Ｔｏｒｒ以上に加圧して吸着材に飽和吸着させる。
以下、飽和吸着と脱離工程とを交互に繰り返した後、遮断弁２３，２４を開き、水蒸気を第二ガス槽１８に供給して分析器１９で分析する。
分析器１９で水蒸気中の重水および半重水の濃度を測定して、所望の濃度より高い場合には、水蒸気を吸着槽１５に戻し、再び脱離工程を繰り返す。
重水および半重水の濃度が所望の濃度以下であることが確認できたら、液化装置に供給し、水蒸気を液化することより、重水素低減水を得ることができる。
重水および半重水の濃度が所望の濃度以下であることが確認できたら、液化装置に供給し、水蒸気を液化することより、重水素低減水を得ることができる。
その後、遮断弁２３，２４，２５を開け、ポンプ２１によって重水および半重水を吸着材から脱離させて排気する。
このように第二実施形態の脱離工程を複数回繰り返すことにより、吸着材に吸着した水蒸気では重水および半重水の濃度が上昇し、回収される水蒸気では重水および半重水の濃度が低下していくため、より重水素の濃度の低い重水素低減水を得ることができる。
＜第四実施形態＞
第四実施形態では、それぞれが吸着材を内蔵する２つの吸着槽２７，２８を有する分離装置を用いる。
この分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置２６を有する。
この気化装置２６から延びる配管は、途中で２本に分岐して、それぞれ第一吸着槽２７と第二吸着槽２８とに接続されている。
配管の分岐点から第一吸着槽２７または第二吸着槽２８までの間には、それぞれ遮断弁３４，３５が設けられている。
第四実施形態では、それぞれが吸着材を内蔵する２つの吸着槽２７，２８を有する分離装置を用いる。
この分離装置は、水を水蒸気にして供給する気化装置２６を有する。
この気化装置２６から延びる配管は、途中で２本に分岐して、それぞれ第一吸着槽２７と第二吸着槽２８とに接続されている。
配管の分岐点から第一吸着槽２７または第二吸着槽２８までの間には、それぞれ遮断弁３４，３５が設けられている。
第一吸着槽２７の内部には活性炭からなる第一吸着材が配置され、第二吸着槽２８の内部にも活性炭からなる第二吸着材が配置されている。
第一吸着槽２７と第二吸着槽２８とは所定の配管で接続され、この配管中にはポンプ２９が配置されている。このポンプ２９により、第一吸着槽２７と第二吸着槽２８との間で水蒸気を行き来させることができる。
第一吸着槽２７と第二吸着槽２８とは所定の配管で接続され、この配管中にはポンプ２９が配置されている。このポンプ２９により、第一吸着槽２７と第二吸着槽２８との間で水蒸気を行き来させることができる。
また、第一吸着槽２７と第二吸着槽２８とからそれぞれ下流側へ延びる配管には、それぞれ遮断弁３６，３７が設けられ、その下流で１本に合流してガス槽３０へと接続されている。
ガス槽３０には水蒸気中の重水、半重水、軽水の比率を分析する分析器３１が併設されている。
ガス槽３０の下流側には、水蒸気を水に戻す液化装置３２が設けられている。
ガス槽３０と液化装置３２とを接続する配管は途中で分離し、遮断弁３８とポンプ３３とを経由して水蒸気を排気することができる。
ガス槽３０には水蒸気中の重水、半重水、軽水の比率を分析する分析器３１が併設されている。
ガス槽３０の下流側には、水蒸気を水に戻す液化装置３２が設けられている。
ガス槽３０と液化装置３２とを接続する配管は途中で分離し、遮断弁３８とポンプ３３とを経由して水蒸気を排気することができる。
この分離装置で重水素低減水を製造するには、まず、遮断弁３４を開け、気化装置２６から第一吸着槽２７に水蒸気を２５℃、２０Ｔｏｒｒ以上で供給して、第一吸着材に水蒸気を飽和吸着させる。
次いで、第一吸着槽２７内の水蒸気をポンプ２９によって第二吸着槽２８へ供給し、第一吸着槽２７を１３〜１４Ｔｏｒｒまで減圧して、第二実施形態の脱離工程を行う。これと同時に、第二吸着槽２８の水蒸気を２０Ｔｏｒｒ以上に加圧して、飽和吸着を行う（第一工程）。
次いで、第二吸着槽２８内の水蒸気をポンプ２９によって第一吸着槽２７へ供給し、第二吸着槽２８を１３〜１４Ｔｏｒｒまで減圧して、第二実施形態の脱離工程を行う。これと同時に、第一吸着槽２７の水蒸気を２０Ｔｏｒｒ以上に加圧して、飽和吸着を行う（第二工程）。
第一工程と第二工程とを交互に複数回繰り返した後、遮断弁３６，３７を解放して回収した水蒸気をガス槽３０に導出する。
分析器３１で水蒸気中の重水および半重水の濃度を測定して、所望の濃度より高い場合には、水蒸気を第一吸着槽２７および第二吸着槽２８に戻し、再び第一工程と第二工程とを繰り返す。
重水および半重水の濃度が所望の濃度以下であることが確認できたら、水蒸気を液化装置３２に供給し、水蒸気を液化することより、重水素低減水を得ることができる。
分析器３１で水蒸気中の重水および半重水の濃度を測定して、所望の濃度より高い場合には、水蒸気を第一吸着槽２７および第二吸着槽２８に戻し、再び第一工程と第二工程とを繰り返す。
重水および半重水の濃度が所望の濃度以下であることが確認できたら、水蒸気を液化装置３２に供給し、水蒸気を液化することより、重水素低減水を得ることができる。
その後、遮断弁３６，３７，３８を開放し、ポンプ３３によって第一吸着材および第二吸着材に吸着した水蒸気を脱離させて排気する。
第四実施形態では、第一吸着槽２７と第二吸着槽２８との間で水蒸気を行き来させることにより、一方で脱離工程を行うと同時に他方で飽和吸着を行うことができ、効率的に水蒸気中の重水および半重水を低減させ、容易に重水素低減水を製造することができる。
また、ガス槽３０に併設された分析器３１で水蒸気中の重水および半重水の濃度を測定して、所望の濃度より高い場合には、水蒸気を第一吸着槽２７および第二吸着槽２８に戻すことが可能であり、重水および半重水を十分に低減させた水蒸気を液化した重水素低減水を製造することができる。
また、ガス槽３０に併設された分析器３１で水蒸気中の重水および半重水の濃度を測定して、所望の濃度より高い場合には、水蒸気を第一吸着槽２７および第二吸着槽２８に戻すことが可能であり、重水および半重水を十分に低減させた水蒸気を液化した重水素低減水を製造することができる。
なお、第一実施形態から第四実施形態では、吸着材に残留した重水や半重水を多量に含む水を廃棄しているが、これを回収して、重水や半重水が必要とされる用途に用いることもできる。
１，６，１４，２６ 気化装置
２，７，８，１５，２７，２８ 吸着槽
３，９，２０，３２ 液化装置
１７，２１，２９，３３ ポンプ
１６，１８，３０ ガス槽
１９，３１ 分析器
４，５，１０，１１，１２，１３，２２，２３，２４，２５，３４，３５，３６，３７，３８ 遮断弁
２，７，８，１５，２７，２８ 吸着槽
３，９，２０，３２ 液化装置
１７，２１，２９，３３ ポンプ
１６，１８，３０ ガス槽
１９，３１ 分析器
４，５，１０，１１，１２，１３，２２，２３，２４，２５，３４，３５，３６，３７，３８ 遮断弁
Claims (9)
- 水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着しない水蒸気を回収する吸着工程を有し、
この吸着工程において上記水蒸気を供給する上記圧力は、上記吸着材における軽水の吸着等温線の傾きが最大となる圧力以下の低圧であることを特徴とする重水素低減水の製造方法。 - 水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程を有することを特徴とする重水素低減水の製造方法。 - 水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
所定の吸着材に対し、水蒸気を供給して吸着させる工程と、
上記吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から脱離した水蒸気を回収する脱離工程とを少なくとも１回ずつ有することを特徴とする重水素低減水の製造方法。 - 水から重水および半重水を除去し、重水素低減水を製造する方法であって、
第一吸着槽において水蒸気を吸着させた所定の第一吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記第一吸着材から脱離した水蒸気を回収するとともに、第二吸着槽において所定の第二吸着材に対し、上記第一吸着槽で回収した水蒸気を供給して吸着させる第一工程と、
上記第二吸着槽において上記水蒸気を吸着させた第二吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記第二吸着材から脱離した水蒸気を回収するとともに、上記第一吸着槽において上記第一吸着材に対し、上記第二吸着槽で回収した水蒸気を供給して吸着させる第二工程とを少なくとも１回ずつ有することを特徴とする重水素低減水の製造方法。 - 上記吸着材が、水蒸気吸着等温線のＩＵＰＡＣの分類においてＩＶ型またはＶ型に分類される材料から形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の重水素低減水の製造方法。
- 水を、軽水と重水および半重水とに分離する方法であって、
所定の吸着材に対し、水蒸気を上記重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させる吸着工程を有し、
この吸着工程において上記水蒸気を供給する上記圧力は、上記吸着材における軽水の吸着等温線の傾きが最大となる圧力以下の低圧であることを特徴とする重水と軽水の分離方法。 - 水を、軽水と重水および半重水とに分離する方法であって、
水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させることを特徴とする重水と軽水の分離方法。 - 水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、
所定の吸着材に対し、水蒸気を重水および半重水が上記吸着材に吸着し軽水が吸着しにくい圧力で供給して重水および半重水を吸着させ、上記吸着材に吸着した水を回収する吸着工程を有し、
この吸着工程において上記水蒸気を供給する上記圧力は、上記吸着材における軽水の吸着等温線の傾きが最大となる圧力以下の低圧であることを特徴とする重水素濃縮水の製造方法。 - 水から軽水を除去し、重水素濃縮水を製造する方法であって、
水蒸気を吸着させた所定の吸着材の周囲の気圧を軽水が脱離し重水および半重水が脱離しにくい範囲に保持し、上記吸着材から水蒸気を脱離させる脱離工程の後、上記吸着材に残存する水を回収することを特徴とする重水素濃縮水の製造方法。
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