JPS62167202A - 水素同位体の回収・貯蔵・供給装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、先の出願（特願昭６０−１６２０１１号）の
関連発明である水素同位体の回収・貯蔵・供給装置に係
り、特に気体と水素吸蔵合金粉との接触面積を広くして
圧損を低減させて通気性を保持できる水素同位体の回収
・貯蔵・供給装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、核融合炉においては、重水素や三重水素（トリ
チウム）が原料として使用されるが、特にトリチウムを
使用する場合これは半減期約１２年の放射性物質である
ことから、取扱いは非常に慎重になさねばならない。

従って、核融合炉システムにおいては、燃料サイクル中
の多くの場所で燃料、例えばトリチウムなどの回収・貯
蔵・供給を効率的に且つ安全に行うことが必要となる。

そこで、水素同位体の回収貯蔵等を行うために、水素を
吸い込んで貯える性質を持った合金、すなわち水素吸蔵
合金を利用することが提案されている。この水素吸蔵合
金は水素を吸収する時は発熱反応を起こし、逆に、熱を
加えることにより水素を放出する。

例えば従来の装置として種々提案されているが、その−
例としては水素吸蔵合金であるウランやＺｒＮｉ合金を
細片に破砕して容器内に充填し、これに水素同位体を吸
収させるようになっている。そして、水素放出時には、
この水素吸蔵合金を約３５０℃位に加熱し、一旦吸収し
た水素同位体を放出させるようになっている。

また、他の従来の装置としては、第５図に示す如く容器
１内に、水素吸蔵合金粉２が層状に敷きつめられた棚段
３を多段に設け、導入通路４を介して容器１の底部まで
導入した水素同位体含有気体を上昇させつつこの気体と
各棚段３・・・の合金粉２とを接触させて水素同位体を
吸着するようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、気体中から水素同位体を確実に吸着するため
には、ガス流通による圧損増加を防止しつつ水素吸蔵合
金粉の表面積と合金粉の層高を確保しなければならない
。

しかしながら、気体を合金粉の充填層の下方から上方に
向けて単に通過させるようにしただけでは、層高は十分
であるとしても水素同位体の吸着にともなって体積膨張
が生じてかさ密度が減少し、その結果ガス通気性を妨げ
て大きな圧力損失を生ずる。

また、この圧力損失対策として採用された第５図に示す
棚段式の場合には、気体が上昇通過するときに合金粉が
巻き上げられる場合があり、この結果気体が合金粉と接
触することなく単に棚段３を通過する場合が生じ、水素
同位体を十分に吸着できない不都合があった。このよう
に、吸着不十分な気体はリサイクル通気を行う必要があ
り、短時間のうちに気体中から水素同位体を吸着除去す
ることができない。

更には、棚段３・・・を多数設ける必要から装置全体が
大型化する問題もあった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に
解決すべく創案されたものであり、その目的とするとこ
ろは大きな圧力損失を生ぜしめることなく吸着層高と広
い反応面積を確保することができる水素同位体の回収・
貯蔵・供給装置を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために第１図及び第２図に示す如く
、本発明は筒体状の内側多孔質金属フィルタ６とこれを
包囲して設けられる筒体状の外側多孔質金属フィルタ７
との間に水素吸蔵合金粉８を充填しておき、更にこの全
体を、筒体状の外側ケーシング１２内に収容している。

この外側ケーシング１２の外周側には、水素同位体吸収
時に使用するための冷却水用導管２６及び水素同位体供
給乃至放出時に使用するための加熱ヒータ２５がそれぞ
れ巻回されており、それぞれ冷却手段１１及び加熱手段
１０を構成している。

［作　用］ 図示しない水素同位体使用系から移送されてきた気体は
、筒体状内側多孔質金属フィルタ６内の気体導入空間５
内に入り、ここを中心として放射状に径方向外方へ拡散
してゆく。拡散途中において、この気体と水素吸蔵合金
粉８とが接触し、気体中の水素同位体が吸着される。水
素同位体が吸着されて除去された気体は外側多孔質金属
フィルタ７を通過した後、気体捕集空間９に到達し、そ
の後、使用系へ再度移送される。

水素同位体吸着乃至吸収反応は発熱反応であるから、装
置を冷却するために冷却手段１１が稼動される。

内側多孔質金属フィルタ６の中心部からこの径方向外方
へ気体が拡散するに従って気体の単位流量あたりの合金
粉の量が増大することとなり、大きな圧力損失を生せし
めることなく相対的に合金粉の接触面積を増大できる。

［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。

第１図は本発明に係る実施例を示す縦断面図、第２図は
同横断面図、第３図は水素吸着時における水素同位体の
拡散を示す一部拡大縦断面図、第４図は熱伝導も含めた
同横断面図である。

図示する如く本発明は、内部に気体導入空間５を有する
筒体状の内側多孔質金属フィルタ６と、これを包囲する
外側多孔質金属フィルタ７と、これら両フィルタ６．７
間に充填される水素吸蔵合金粉８と、外側多孔質金属フ
ィルタ７の外側に形成される気体捕集空間９と、装置全
体を加熱する加熱手段１０と、装置全体を冷却する冷却
手段１１とにより主に構成される。

具体的には、上記内側多孔質金属フィルタ６及び外側多
孔質金属フィルタ７は、例えば粒体或は粉体を円筒体状
に成形した素地を、焼結することにより形成され、通気
性を有している。両多孔質金属フィルタ６．７は同心円
状に配置され、内側多孔質金属フィルタ６の内径及びこ
れらの離間距離すなわち水素吸蔵合金粉８の層高は、水
素同位体の処理量によって適宜選択され、過大な圧力損
失が生じないようなフィルタ表面積を確保する。

充填される水素吸蔵合金粉８としては例えばＺｒＮｔ合
金の粉体、ウラン合金の粉体などが使用される。

上記両フィルタ６．７は、外側多孔質金属フィルタ７の
外径よりもその内径が適宜大きく成形された外側ケーシ
ング１２内に収容されており、その内壁１２ａにはその
周方向に沿って適宜間隔ずつ離間させて配置された熱伝
導片１３・・・が長手方向に沿って形成されている。各
熱伝導片１３・・・の先端は円弧状に成形さ、れており
、上記外側多孔質金属フィルタ７の外周側に密接するよ
うになっている。

そして、上記熱伝導片１３・・・と外側ケーシング１２
の内壁面１２ａとによって区画される断面はぼ矩形状の
室が前記気体捕集空間９・・・として構成され、各空間
９・・・はその上端において相互に連通されている。

一方、上記外側ケーシング１２の上部は段状に縮径して
開口されており、この開口部には、蓋体１４がボルト等
をフランジ１５に締付けることにより開閉自在に気密に
取付けられている。

この蓋体１４の内側面からは、円筒体状の支持腕１６が
延出され、この先端に上記内側多孔質全屈フィルタ６が
一体的に取付けられており、これをケーシング１２内へ
挿脱自在としている。

また、前記外側ケーシング１２は、その下端部をケーシ
ング１２の底部１７に、その上端部をケーシング１２の
段部１８にそれぞれ固定して、ケーシング１２側に一体
的に取付けている。

また、蓋体１４の中心部には、上記気体導入空１ｍ５内
へ気体を導入するための気体移送路１９が接続されてお
り、図示しない水素同位体使用系から気体を移送し得る
ようになっている。この気体移送路１９には、これを開
閉するための真空バルブ２０が取付けられている。

また、蓋体１４の中心の側部には、上記水素吸蔵合金粉
８内に挿入される熱電対温度計２１及び合金粉導入口２
２が形成されている。

一方、上記外側ケーシング１２の段部１８には、図示し
ない水素同位体使用系へ気体を移送するための排気路２
３が接続されており、この排気路２３にはこれを開閉す
る真空バルブ２４が介設されている。

また、上記外側ケーシング１２の外側には、その長手方
向に沿って加熱ヒータ２５及び冷却水用導管２６がそれ
ぞれ交互に巻回されており、それぞれ加熱手段１０及び
冷却手段１１を構成している。

次に、本実施例の作用について述べる。

内側多孔質金属フィルタ６の付いた蓋体１４により外側
ケーシング１２の開口部を覆い、蓋体１４の周縁部とフ
ランジ１５とをボルト締めで固定する。

そして、合金粉導入口２２を開放して、両フィルタ６．
７間に水素吸蔵合金粉８を充填する。合金粉８が水素同
位体を吸収するとその体積は増大することから、充填時
にはその増加分に相当する空間部を残しておく。

尚、図示例にあっては、水素同位体吸着後の状態を示す
。

このように、合金粉８の充填が完了したら、まず、純粋
な水素を、気体移送路１９を介して合金粉８内に通過さ
せ、これを活性化させてお（。

そして、次に、水素同位体の吸着操作を行う。

図示しない水素同位体使用系から気体移送路１９を介し
て気体導入空間５内に導入された水素同位体含有気体は
、内側多孔質金属フィルタ６を通過して、第２図に示す
如く合金粉８内を放射状に拡散し、気体内の水素同位体
が吸収される。そして、含有水素同位体が吸収除去され
た気体は外側多孔質金属フィルタ７を通過して気体捕集
空間９内に捕集され、その後排気路２３を介して再度水
素同位体使用系へ循環される。

ここで、装置の中心部に導入された気体が合金粉８内を
拡散する際、気体が径方向外方に拡散するに従って気体
の単位流量あたりの合金粉８の母が増大する。すなわち
、中心部よりある方向に拡散する気体の中心角をθとし
、中心からΔｒ離れるとその円弧の長さはΔｒ・θとな
り、結果的に合金粉８の量が増大したように作用し、ま
たその表面積が拡大したように作用する。

第３図は、その時の気体の拡散状態を示す。

また、気体が中心部より径方向外方へ拡散するに従って
、同心円状に形成される合金粉層の面積は増加するので
、水素同位体の吸収に伴ってかさ密度が減少しても、通
気性が損われることがなく、圧力損失を常時低いままに
維持できる。

また、水素同位体の吸着にともなって合金粉８が発熱す
るが、外側ケーシング１２に設けた冷却水用導管２６に
冷却水を流してこの冷却手段１１を作動させることによ
り、装置全体を冷却できる。

第４図は熱の伝導状態を示す図であり、上記冷却過程を
詳しく説明すると、合金粉層で発生した吸着熱２７は、
外側多孔質金属フィルタ７の外周側に密接する熱伝導片
１３・・・を伝導して外側ケーシング１２に伝達され、
冷却手段１１によりその熱を奪って全体を冷却する。こ
の時、吸着熱の拡散方向が中心部から径方向外方へ向か
うため、すなわち狭い領域から広い領域へと熱移動が生
じるため、冷却効果を助長できる。以上のような操作を
行うことにより、水素同位体を回収して貯蔵することが
できる。

次に、合金粉に吸着乃至貯蔵した水素同位体を脱着して
、水素同位体使用系に供給する場合について説明する。

この場合には、外側ケーシング１２に巻回した加熱ヒー
タ２５に通電することによりこの加熱手段１０を作動さ
せ、前記回収時とは反対の熱移動により合金粉８を３５
０〜４５０℃に昇温し、貯蔵されていた水素同位体を放
出させる。この時、温度管理は、合金粉８内に挿通した
熱雷対温度計２１により行う。

脱着された水素同位体は、図示されない循環ポンプ等に
より回収時と同様な方向に移送されて、水素同位体使用
系に供給される。

また、この加熱時における熱の移動は、冷却時の場合と
逆になり熱が広い領域から狭い領域へ移動することにな
るため冷えにくい状態となり、加熱効果を高めることが
できる。

尚、上記実施例において、装置の外殻を構成する外側ケ
ーシング１２や蓋体１４などは全て高真空用材料により
構成されているのは勿論である。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば、次のような優れた効果
を発揮することができる。

（１）　　同心円状に配置された２つの多孔質金属フィ
ルタ間に水素吸蔵合金粉を充填して、気体をその中心部
から外方に向けて放射状に拡散させつつ水素同位体を吸
着させるようにしたので、圧力損失を低く維持したまま
必要な吸着層高と広い表面積を得ることができ、吸着効
率を向上できる。

（２）　　従って、従来例と異なり処理ガスをリサイク
ルさせる必要がないので、処理時間を短くできる。

（３）　　水素吸蔵合金粉層が一層で済み、従って、従
来例の棚段式装置に比較して装置全体を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明に係る実施例を示す縦断面図、第２図
は同横断面図、第３図は水素吸着時における水素同位体
の拡散を示す一部拡大縦断面図、第４図は熱伝導も含め
た同横断面図、第５図は従来例を示す縦断面図である。 尚、図中５は気体導入空間、６は内側多孔質金属フィル
タ、７は外側多孔質金属フィルタ、８は水素吸蔵合金粉
、９は気体捕集空間、１０は加熱手段、１１は冷却手段
である。 特　許　出　願　人　　石川島播磨重工業株式会社代理
人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 第４図　　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素同位体使用系から水素同位体を回収して貯蔵したり
   或は供給したりする水素同位体の回収・貯蔵・供給装置
   において、内部に、上記使用系からの気体を導入する気
   体導入空間を有す筒体状の内側多孔質金属フィルタと、
   該フィルタの外側に、これより所定間隔離間されて包囲
   して配置される外側多孔質金属フィルタと、上記金属フ
   ィルタ間に充填された水素吸蔵合金粉と、上記外側多孔
   質金属フィルタの外側に設けられ、上記合金粉内へ拡散
   してこれを通過した気体を上記使用系へ移送するために
   捕集する気体捕集空間と、水素同位体回収時に、上記合
   金粉を冷却する冷却手段と、水素同位体供給時に、上記
   合金粉を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする
   水素同位体の回収・貯蔵・供給装置。