JPH08109005A - 重水製造装置 - Google Patents

重水製造装置

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JPH08109005A
JPH08109005A JP6242602A JP24260294A JPH08109005A JP H08109005 A JPH08109005 A JP H08109005A JP 6242602 A JP6242602 A JP 6242602A JP 24260294 A JP24260294 A JP 24260294A JP H08109005 A JPH08109005 A JP H08109005A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 原料の海水101は多段フラッシュ法造水装
置2で純水102とされ、この純水は固体高分子電解質
水電解装置3で電気分解され水素と重水素の混合ガス1
05と酸素106となる。混合ガス105は圧力スイン
グ吸着分離装置4で重水素107と水素108に分離さ
れる。この重水素107は前記した酸素106と共に重
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と電力を発生する。一方、水素108
は前記した酸素106と共に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される。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102162106A (zh) * 2010-02-22 2011-08-24 朱国樑 一种有效提取重水的方法
JP2011175873A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Japan Atomic Energy Agency 燃料電池、燃料電池システムおよび発電方法

Cited By (2)

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CN102162106A (zh) * 2010-02-22 2011-08-24 朱国樑 一种有效提取重水的方法
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