JPS61259198A

JPS61259198A - 高活性トリチウム化水のための電解槽

Info

Publication number: JPS61259198A
Application number: JP61096594A
Authority: JP
Inventors: アンドレ　ラハイエル; レネ　ダイアネ　ウィリィ　コルネリセン; アイメ　ブルッジマン
Original assignee: SUCHIYUDEIESENTORUMU FUOOLE KE; SUCHIYUDEIESENTORUMU FUOOLE KERUNENERUGII SCK
Current assignee: SUCHIYUDEIESENTORUMU FUOOLE KE; SUCHIYUDEIESENTORUMU FUOOLE KERUNENERUGII SCK
Priority date: 1985-04-25
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1986-11-17
Also published as: BE902271A; ATE44773T1; DE3664491D1; CA1280087C; US4714533A; EP0202699A1; EP0202699B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高活性トリチウム化水のための電解槽であっ
て、密閉したセルハウジングを有するセルと、セルハウ
ジングを２つの隔室に分けている無機多孔性ガスセパレ
ータと、２つの隔室内にそれぞれ装着した２つの電極と
、これらの電極に接続した電源電線と、前記２つの隔室
にそれぞれ接続した２つのガス出口と、セルハウジング
内側に開口した少なくとも１つの液体入口とを包含する
電解槽に関する。

このような電解槽は、シュウチリウム・トリチウム核融
合炉内の種々の部位で主として増殖物質からトリチウム
を抽出したり、プラズマ放電ガスを浄化したりするとき
に形成されるトリチウム化水から燃料サイクルで再使用
し得るＤＴガスの形のトリチウムを回収するのに使用さ
れる。

電解解離によるトリチウム化水の分解がトリチウムを回
収する最良の方法の１つと考えられる。

固形トリチウム化廃棄物の量を抑え、高温でのトリチウ
ム透過を防止できるからである。

Ｇｅｎｅｒａｌ　　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　　Ｃｏｍｐａｎ
ｙの開発した現存のＳＰＥ　（Ｓｏｌ　ｉｄ　　Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）セルを使用する
電解槽は高活性トリチウム化水の電気分解には不適であ
る。寿命がほんの１０時間だからである。トリチウム用
の電解槽は１０４時間の寿命を持つのが好ましい。

有機物質で作ワたガスセパレータは高い放射線に耐えら
れないことは明らかである。

さらに、このような電解槽による電気分解の場合、ガス
管路内に高率でトリチウム化水が存在する。

上記タイプの電解槽におけるように有機質多孔性ガスセ
パレータを使用することによって電解槽の寿命が著しく
改善される。

この種の、公知の電解槽の１つでは、有機質多孔性ガス
セパレータはアスベストで作られている。

前記子らなガスセパレータは垂直に配置され、６Ｍ　−
Ｎ　ａ　ＯＨで湿潤され、Ｉ　Ｍ　−Ｎ　ａ　ＯＨをこ
のセパレータに絶えず吹き付けている。

しかしながら、この電解槽は大量の液体を有し、特に大
量の電解液を有する。ガスセパレータにＩＭ−ＮａＯＨ
を吹き付ける必要から、電解槽の外側に設置したポンプ
による電解液の流れを必要とする。この流れは欠点であ
る。さらに、ガスセパレータに電解液を吹き付けること
により、酸素ガス流内に望ましくない電解液の霧が生成
され、このような霧を除くために「デミスタ−」が必要
となる。ガスセパレータに電解液を吹き付ける装置の耐
久性にも限界がある。

無機多孔性ガスセパレータを有する別の公知の電解槽は
８％ＣａＯを含む安定化したジルコニウムて作ったセラ
ミックガスセパレータを有する。

この電解槽では、電解液をまったく使用していないが、
非常に高い温度で稼動するので、腐蝕、トリチウム透過
性に関して悪影響を受け、金属脆化の原因となる。トリ
チウムガス内には非常に高い率でトリチウム化水も存在
する。この公知の電解槽のトリチウム回収能力は低い。

木発明の目的は前記の欠点を排除することにあり、少な
い電解液含有量で作動することかでき、信頼性か高く、
寿命か長く、放射線に対する耐久性も高く、保守に手間
がかからない有機質多孔性ガスセパレータを有する上記
タイプの電解槽を提供する。

この目的のために、多孔性ガスセパレータは３０から７
０％の多孔率と、ｌＯ〜ｌＯＯ＃Ｌｍの孔直径とを有し
、液体に浸漬したときに気体不透過性となり、液体入口
か、そこを通して供給された液体で前記ガスセパレータ
が毛管作用の下に湿潤されるように前記ガスセパレータ
に開口しており、また、前記両電極がガスセパレータと
の湿潤接触状態に位置し、前記ガスセパレータが湿潤し
たときに前記両電極も湿潤するようになっている。

木発明の成る特別の実施例では、各電極は多孔性箔を介
してガスセパレータと係合している。

本発明の顕著な実施例では、セルは開口を備えた２つの
前置電極を包含し、これら前置電極かそれぞれ前記両隔
室内でガスセパレータ取出側において対応する隔室内の
電極と係合し、対応した隔室に接続したガス出口が前記
隔室内に位置する前置電極によって形成されるスペース
と連通している。

適当な陽極はプラチナまたはプラチナ族の金属で作った
多孔陽極であり、一方、適当な陰極は貴金属で被覆した
多孔陰極である。

本発明の有用な実施例では、セルは金属フレームを包含
し、この金属フレームがセルハウジング内に装着してあ
り、その周面を前記セルハウジングの内周面と係合させ
ており、前記ガスセパレータがその縁を前記金属フレー
ムに取り付けてあり、液体入口がその一部を前記ガスセ
パレータの縁に沿って少なくとも前記フレーム内に位置
させている。

液体入口は、好ましくは、電解液のための入口とトリチ
ウム化水の入口である。

本発明のもう１つの特別な実施例ては、電解槽は冷却手
段を包含し、この冷却手段は電極の前方てセルハウジン
グ外側に装着されている。

ジルコニウムベースのセラミックガスセパレータを有す
る前記公知の電解槽では、冷却手段は設けられていない
。

冷却手段は、好ましくは、各電極の前方に少なくとも１
つの熱電ポンプを包含する。

ＳＰＥセルに基づく上記電解槽やアスベストガスセパレ
ータを備えた上記電解槽では、冷却は外部冷却流体流に
よって行なわれている。このような冷却手段は漏洩の危
険をもたらすばかりか、熱電ポンプで得ることのてきる
程度良好なセル冷却を行なえない。

好ましくは、冷却手段は、電気分解中に一５℃から２０
８Ｃの温度までセルを冷却することのできる冷却能力を
有する。

本発明の他の特徴および利点は本発明による高活性トリ
チウム化水のための電解槽についての以下の説明から明
らかとなろう。なお、この説明はほんの例示のためであ
り、発明を限定するものではない。

図に示す高活性トリチウム化水用の電解槽は密閉した金
属セルハウジング１〜４によって境されたセルを包含す
る。

セルハウジング１〜４は２つの直立した長さ方向の側壁
ｌと、２つの直立した横方向側壁２と、最上方カバー３
と、最下方カバー４とからなる。

直立した長さ方向の側壁ｌは頂部からすぐに分岐してい
る。この部位の上下で、直立した側壁ｌは互いに平行に
延びる。側壁１の最上方縁および最下方縁は外向きに曲
がり、これらの縁の幅はセルハウジング１〜４の横断方
向に沿った全幅が頂底で同じとなるように決めである。

直立した横方向側壁２はその全高にわたって前記の幅と
なっており、側壁ｌの縁に溶接しである。カバー３．４
はそれぞれ頂底のところて直立した長さ方向の側壁ｌの
曲がった縁と直立した横方向側壁２の最上方、最下方縁
に溶接しである。

垂直で平らな無機多孔性ガスセパレータ５が長手方向に
延び、金属フレーム６て囲まれており、このガスセパレ
ータはセルハウジング１〜４を２つの隔室７．８に分割
している。フレーム６はその外周を側壁２とカバー３．
４に取り付けてあり、構造上の理由から互いに留めた２
つの部分フレーム６′、６”からなる。

部分フレーム６’、６”を互いに留め、これらの部分フ
レームをセルハウジング１〜４に取り付けるのは好まし
くは溶接で行なう。

無機ガスセパレータ５は、たとえば、接着剤でフレーム
６に取り付けられる。

ガスセパレータ５は３０から７０％の多孔率とｌＯから
１１００７ｚの孔直径とを有する。ガスセパレータが液
体で湿潤されたとき、ガスに対して不透過性となる。

ガスセパレータは種々の無機材料で作り得るか、焼結石
英ガラス（ガラス質シリカ）あるいは多孔性セラミ・ン
ク材料（たとえばＡ文２０：ｌ　　Ｚ「０□）が好まし
い。

フレーム６の最下方カバー４に取り付けられた部分には
、ガスセパレータ５の最下方縁に正確に沿って液体流路
９が穿っである。

フレーム６の最上方カバー３に取り付けられた部分にも
、ガスセパレータ５の最上方縁に沿って液体入口流路１
０が穿っである。

これらの流路９．１０は、各々、一端で供給管路１１に
通じており、これらの供給管路１１は直立した横方向側
壁２を貫いてセルハウジング１〜４の外部に延びている
。

隔室７内には、箔１４によって平らながせセパレータ５
に対面して平らな陽極１２が配置しである。

同様にして、隔室８内には、平らな陰極１３が箔１４に
よって平らなガスセパレータ５に対面して配置しである
。

陽極は多孔プラチナ陽極であり、陰極は多孔金メツキ陰
極（たとえば、金メッキしたニッケルで作る）である。

アルカリ性電解液で作動するとき、金メ゛ツキはなくて
もよいであろう。

多孔性情１４は金属あるいはセラミックで作られ、電極
１２．１３とガスセパレータ５の間に平らな接触面を与
えかつこれら構成要素間に必要な融通性を与える。ガス
セパレータ５が湿潤されたとき、両電極１２．１３も箔
１４を通して湿潤される。

電極１２．１３の位置で電気分解中に生成されるガスを
排出するに必要なスペースはエキスパンデッドメタルあ
るいはいわゆる「スタッグＪ　　（ｓｔｕｄｓ）で作っ
た前置電極１５て形成されている。これらの前置電極は
それぞれ陽極１２、陰極１３のガスセパレータ５から取
り出される側に対向して配置されている。

前記隔室７．８の各々の中には、金属プレート１６か前
置電極１５のガスセパレータ５から取り　出される側に
配置してあり、電気分解中に発生した熱を発散さセル。

６平らな金属プレート１６とその前方に位置する直立し
た長さ方向の側壁ｌの間にはセラミックの電気絶縁・性
プレート１７が配置しである。

ガスセパレータ５、電極１２．１３、箔１４、前置電極
１５、金属プレート１６および絶縁プレート１７によっ
て構成された上記のユニットはセルハウジング１〜４の
両直立長さ方向側壁１間に締付けられる。ガスセパレー
タ５を除いて、このユニットのすべての構成要素は前記
金属フレーム６から成る距離にわたって延びている。

こうして、隔室７．８内の前置電極１５からガスが逃げ
ることができる。ガスはガス出口管路１８を通して各隔
室７．８から排出する。このガス出口管路１８は最上方
カバー３に装着してあり、対応する隔室に通じている通
路１９に装着しである。

前記２つのガス出口管路１８の前後において、４本の電
源電線２０が延びている（ガス出口管路の前に２木、後
に２本）。これらの電線のうち２本は陽極１２に取り付
けられ、他の２木は陰極１３に取り付けられている。

セルハウジング１〜４の側壁１の外側で、多数の熱電式
熱ポンプ２１かそれぞれ陽極１２、陰極１３の前方に設
置しである。

これら熱電式熱ポンプはそれ自体公知の構造を宥し、電
解槽以外の目的のために市販されているものである。

熱ポンプ２１の数は、電気分解中にセルハウジング１〜
４内の温度を一５℃から２０℃の範囲に、好ましくは、
０°Ｃから５℃の範囲に保つことかできるように選定す
る。このように低い電気分解温度は腐蝕を抑え、トリチ
ウム浸透を抑え、ガス中のトリチウム化木部分圧力を低
下さセル。

前記セルハウジング１〜４およびそれに装着した熱ポン
プ２１のまわりには密閉金属外側ケーシング２２が配置
しである。このケーシング２２の種々の部分は相互に溶
接しである。この外側ケーシング２２は第２のシールド
として使用され、熱電式熱ポンプ２１のための支えとも
なる。外側ケーシング２２からは、直立した長さ方向の
側壁が内側、したがって、熱ポンプ２１の前方に突出し
ている。

外側ケーシング２２は２つの液体入口管路１１、２つの
ガス出口管路１８および４つの電源電線２０を通すため
の開口を備える。これらの開口は前記管路まわりでシー
ルされている。管路１１はたとえば金属で作ってあり、
前記開口の位置で外側ケーシング２２に溶接することに
よってシールされている。

電解液は、電気分解前に、最下方液体流路９に供給され
る。前記電解液はガスセパレータ５内に毛管作用によっ
て送られる。

酸性の電解液の他に塩基性電解液も使用し得る。

酸性電解液としては、３０〜６０重量％の硫酸を使用で
きる。

この場合、ガスセパレータ５はセラミック材料て作っで
あると好ましく、セルハウジング１〜４のような金属部
分はたとえばステンレス鋼３１６て作る。既に説明した
ように、陽極は貴金属コーティング層で内張すしていな
いくてもよい純粋なニッケルで作ってもよい。

外側電解液循環は陽極液も陰極液もないので不要である
。

この電解槽は非常に少量、すなわちほんの１０ｍ！；Ｌ
の電解液を収容するだけである。

電気分解しようとしているトリチウム化水は液体入口流
路の一方９またはｌＯを通して供給される。最下方流路
９と最上方流路１０を通して交互に水の供給を行なうべ
く、好ましくは、最上方流路１０よりも最下方流路９を
通して４倍長く水供給を行なうべく昌業者にとって周知
の手段を設ける。一方の流路９または１０に送られた水
は毛管作用の下にガスセパレータ５上を広がる。

水を底と頂で交互に供給することはガスセパレータ５に
現われる濃度差を排除するに必要である。

電気分解中、電流が電源電線２０を通して電極１２に送
られるが、電極電流密度は５から４０Ａｄｍ−’であり
、これは−日あたり３２から２５０標準リツトルのトリ
チウムの生産を可能とする。

この電解槽は、液体がガスセパレータ５と入口流路９．
１０にのみ存在するだけなので液体収容量は少ない。

この電解槽は機械的なシールをまったく持たず、完全な
無漏洩である。さらに、電解槽の活性領域は２つのケー
シング、すなわち、セルハウジング１〜４と外側ケーシ
ング２２によって囲まれている。

使用されているすべての材料は化学的あるいは電気化学
的な影響および放射線の影響に耐えることができ、この
電解槽の寿命は非常に長い。

放射性流体の外部の流れあるいは戻りはまったくない。

この電解槽に出入りする放射性流体はトリチウム化水と
Ｔ２．０２ガスだけである。

電気分解が低温で行なわれるので、生じたガス内のトリ
チウム化水の蒸気圧力は低く、腐蝕が抑えられ、トリチ
ウム透過性は低下し、金属脆性はない。

本発明は決して上記実施例に限定されるものではなく、
発明の範囲内で多くの変更を上記実施例に、たとえば、
その形状、構成、配置、構成要素の数に関してなし得る
。

特に、セルハウジングまたは外側ケーシングは必ずしも
金属で作る必要はない。たとえば、セラミック材料で作
ってもよい。

ガスセパレータも必ずしも上記材料で作ることはない。

所望の多孔率を得ることかでき、放射線や電解液に対し
て充分な耐性を持つものてあれば他の任意の無機材料で
作ってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高活性トリチウムか水用電解槽の
垂直断面図である。第２図は第１図にい示す電解槽の一部を示す拡大水平断
面図である。図面において、１〜４・・・セルハウジング、１゜２・
・・直立側壁、３．４・・・カバー、５・・・ガスセパ
レータ、６・・・金属フレーム、７．８・・・隔室、９
、ｌＯ・・・流路、１２・・・陽極、１３・・・陰極、
１４・・・箔、１５・・・前置電極、１６・・・金属プ
レート、１７・・−絶縁プレート、１８・・・ガス出口
管路、１９・・・通路、２０・・・電［電線、２１・・
・熱ポンプ、２２・・・外側ケーシンク

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、高活性トリチウム化水のための電解槽であって
、密閉したセルハウジング（１〜４）を有するセルと、
セルハウジング（１〜４）を２つの隔室（７、８）に分
けている無機多孔性ガスセパレータ（５）と、２つの隔
室（７、８）内にそれぞれ装着した２つの電極（１２、
１３）と、これらの電極に接続した電源電線（２０）と
、前記２つの隔室（７、８）にそれぞれ接続した２つの
ガス出口（１８）と、セルハウジング内側に開口した少
なくとも１つの液体入口（９、１０、１１）とを包含す
る電解槽において、前記多孔性ガスセパレータ（５）が
３０から７０％の多孔率と、１０〜１００μｍの孔直径
とを有し、液体に浸漬したときに気体不透過性となり、
前記液体入口（９、１０、１１）が、そこを通して供給
された液体で前記ガスセパレータ（５）が毛管作用の下
に湿潤されるように前記ガスセパレータ（５）に開口し
ており、また、前記両電極（１２、１３）がガスセパレ
ータ（５）との湿潤接触状態に位置し、前記ガスセパレ
ータ（５）が湿潤したときに前記両電極（１２、１３）
も湿潤するようになっていることを特徴とする電解槽。
（２）、特許請求の範囲第１項記載の電解槽において、
前記電極（１２、１３）の各々が多孔性箔（１４）を介
して前記ガスセパレータ（５）と係合していることを特
徴とする電解槽。
（３）、特許請求の範囲第１項または第２項記載の電解
槽において、前記セルが開口を備えた２つの前置電極（
１５）を包含し、これら前置電極がそれぞれ前記両隔室
（７、８）内でガスセパレータ取出側において対応する
隔室（７または８）内の電極（１２または１３）と係合
し、対応した隔室（７または８）に接続したガス出口（
１８）が前記隔室（７または８）内に位置する前置電極
（１５）によって形成されるスペースと連通しているこ
とを特徴とする電解槽。
（４）、特許請求の範囲第３項記載の電解槽において、
前記セル（２）か熱発散性金属プレート（１６）を包含
し、このプレートがそれぞれ前記両隔室（７、８）内で
前置電極（１５）のガスセパレータ（５）から取り外す
側と係合していることを特徴とする電解槽。
（５）、特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれ
か１つの項に記載の電解槽において、前記セルが絶縁体
（１７）を包含し、これら絶縁体がセルハウジング内側
に向って各隔室（７、８）内に配置してあり、電極（１
２、１３）をセルハウジング（１〜４）から絶縁してい
ることを特徴とする電解槽。
（６）、特許請求の範囲第１項から第５項まてのいずれ
か１つの項に記載の電解槽において、陽極（１２）がプ
ラチナあるいはプラチナ族の金属で作った多孔陽極であ
ることを特徴とする電解槽。
（７）、特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか１
つの項に記載の電解槽において、陰極（１３）が貴金属
で被覆した多孔陰極であることを特徴とする電解槽。
（８）、特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれ
か１つの項記載の電解槽において、前記セルが金属フレ
ーム（６）を包含し、この金属フレーム（６）がセルハ
ウジング（１〜４）内に装着してあり、その周面を前記
セルハウジング（１〜４）の内周面と係合させており、
前記ガスセパレータ（５）がその縁を前記金属フレーム
（６）に取り付けてあり、液体入口（９、１０、１１）
がその一部を前記ガスセパレータ（５）の縁に沿って少
なくとも前記フレーム（６）内に位置させていることを
特徴とする電解槽。
（９）、特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれ
か１つの項に記載の電解槽において、前記液体入口（９
、１０、１１）が電解液のための入口とトリチウム化水
のための入口とを構成していることを特徴とする電解槽
。
（１０）、特許請求の範囲第１項から第９項までのいず
れか１つの項に記載の電解槽において、ガスセパレータ
（５）が垂直に配置してあり、液体入口（９、１０、１
１）が２つの液体入口流路（９、１０）を包含し、これ
らの液体入口流路がそれぞれ前記ガスセパレータ（５）
の頂と底に開口していることを特徴とする電解槽。
（１１）、特許請求の範囲第８項および第１０項に記載
の電解槽において、前記２つの液体入口流路（９、１０
）が前記ガスセパレータ（５）の頂縁に沿って垂直フレ
ーム（６）の最上部内と、前記ガスセパレータ（５）の
底縁に沿って前記フレーム（６）の最下部内にそれぞれ
配置してあることを特徴とする電解槽。
（１２）、特許請求の範囲第１０項、第１１項のいずれ
かに記載の電解槽において、水入口流路（９、１０）を
通してのトリチウム化水の供給を交替する手段を包含す
ることを特徴とする電解槽。
（１３）、特許請求の範囲第１項から第１２項のいずれ
か１つの項に記載の電解槽において、セルハウジング（
１〜４）の外側で電極（１２、１３）の前方に装着した
冷却手段（２１）を包含することを特徴とする電解槽。
（１４）、特許請求の範囲第１３項記載の電解槽におい
て、前記冷却手段（２１）が各電極（１２、１３）の前
方に少なくとも１つの熱電ポンプ（２１）を包含するこ
とを特徴とする電解槽。
（１５）、特許請求の範囲第１３項、第１４項のいずれ
かに記載の電解槽において、前記冷却手段（２１）が電
気分解中に前記セルを−５℃から２０℃の温度まで冷却
し得るような冷却能力を持っていることを特徴とする電
解槽。
（１６）、特許請求の範囲第１５項記載の電解槽におい
て、前記冷却手段（２１）が電気分解中に前記セルを０
℃から５℃の温度まで冷却し得るような冷却能力を有す
ることを特徴とする電解槽。
（１７）、特許請求の範囲第１３項から第１６項のいず
れか１つの項に記載の電解槽において、セルハウジング
（１〜４）および冷却手段（２１）と一緒にセルによっ
て形成されたユニットを囲む外側ケーシング（２２）を
包含することを特徴とする電解槽。