JPS63252906A - 内管加圧型水素精製装置 - 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、パラジウム合金膜管の内側に不純物を含んだ
水素同位体ガスを通流させることにより、水素同位体ガ
スと不純物とを分離させ、水素同位体ガスを回収する内
管加圧型水素精製装置に関する。

〔従来の技術〕

不純物を含んだ水素同位体ガス（水素１重水素。

トリチウム等）の精製法として、高温ウランゲッタ法、
低温吸着法、パラジウム合金膜法等がある。

′ａ湯温ウランゲッタ法低温吸着法においては、ゲッタ
材または高温ゲッタ自体の定期的交換や、吸着剤の再生
または交換が不可欠である。また、いずれの方法も不純
物の完全除去は困難であり、特に希ガス成分であるヘリ
ウムの除去は不可能である。

一方、パラジウム合金Ｉ！！２法は、パラジウムが水素
同位体ガスのみを選択的に吸収し、透過させる特性を有
していることを利用したものであり、へリウムをはじめ
とする全ての不純物の完全除去が可能である。また不純
物と水素同位体ガスとの分離を連続運転により行なえる
上、パラジウム合金膜の定期的な再生や交換を必要とし
ない。このようにパラジウム合金膜法は、種々の長所を
有する精製法である。したがって例えば放射性同位元素
であるトリチウムを含む水素混合ガスの精製を行なう場
合等において最適な方法の一つといえる。

第１３図はパラジウム合金膜を使用した従来の水素精製
ａ″ｍを示す断面図であり、第１４図は第１３図のＡ−
Ａ矢視断面図である。第１３図および第１４図に示すよ
うに、不純物を含んだ水素同位体ガス（以下フィードガ
スと言う）Ｇａはフィードガス入口ノズル１から容器外
筒２内に入り、この外筒２と内ＩＦ！１３との間隙を通
して管板４側へ流れる。そして管板４に衝突して方向反
転し、内筒３内に配設されている多数本のパラジウム合
金膜管５の間を通り、ブリードガス出口ノズル６側へ流
れる。フィードガスＧａがパラジウム合金膜管５の間を
通る期間において、フィードガスＧａはパラジウム合金
膜管５の内外のフィードガス濃度差により、パラジウム
合金膜管５の内側に透過し、透過したフィードガスＧａ
は純水素ガス出口ノズル７から容器外部へ排出される。

なお８はヒータである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような構成の従来の水素精製装置においては、パラ
ジウム合金膜管５の端部が封じられているため、フィー
ドガスＱａの回収効率（不純物との分離効率）を高める
には、細管的水素分圧をできる限り低くし、ブリードガ
ス出口ノズル６からの流出ガス中の水素分圧を低減化す
る必要がある。

またパラジウム合金膜管５の口径は実用的には２Ｍ程度
であるため管コンダクタンスの影響を受け、パラジウム
合金膜管５の内側、待に溶封先端近傍部に、フィードガ
スＱａが十分排出されずに残留ガスとして存在している
場合がある。また、パラジウム合金１！！！５の流れ方
向に水素の濃度分布が生じることもある。このためパラ
ジウム合金膜管５の内外の１度差が小さくなり、フィー
ドガスＧａの回収効率が低下する欠点を有していた。

さらにフィードガスＧａは、外筒２と内筒３との間隙を
通流してきたのち、管板４において流れが反転するため
、パラジウム合金膜管５の各々に到達するフィードガス
Ｇａの圧力が均一にならない場合がある。このような場
合には、パラジウム合金膜管５の内外の濃度差が小さく
なり、透過効率が低下するので、所要膜面積を余分に見
込んだ大型な水素精製装置が必要となる欠点を有してい
た。

このように従来の水素精製装置では、フィードガスＧａ
と不純物との分離効率を高めることが構造的に困難であ
るため、未透過ガス（以下ブリードガス言う）に含まれ
るフィードガスＧａが増加しやすい。したがってフィー
ドガスＧａが、高回収率および環境への放出低減化を重
視されるｉ・リチウムを含んだガスである場合、未透過
ガス中のフィードガスＧａの濃度を低減すべく、パラジ
ウム合金膜を用いた水素精製装置を多段化する等の手段
を講じる必要があった。

そこで本発明は、フィードガスと不純物との分離効率お
よびフィードガスの回収効率が著しく高く、しかも構成
が簡単で小型に製作可能であり、加えて故障発生が少な
く信頼性の高い動作が期待できる、内管加圧型水素精製
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じた。

■均圧容器を備えた容器外商を設ける。

■この容器外筒の内部に導入された不純物を含んだフィ
ードガスを内側に通流させる如くパラジウム合金膜管を
設ける。

■このパラジウム合金膜管の外側へ透過した透過ガスを
前記容器外筒の外へ導出する手段を設ける。

■前記パラジウム合金膜管の外側へ透過しない未透過ガ
スを前記容器外筒の外へ排出する手段を設ける。

■前記パラジウム合金膜管の伸縮を吸収する如く前記容
器外筒および均圧容器に伸縮吸収手段を設ける。

なお伸縮吸収手段としては、容器外筒および均圧容器に
それぞれ伸縮吸収用のベローズを付設すると共に、上記
容器外筒と均圧容器との間を連通ずる連通部を設けたも
の、等を用いるものとする。

〔作用〕

このような手段を講じたことにより、パラジウム合金膜
管の内側に不純物を含んだフィードガスを能率よく圧送
することが可能で、不純物とフィードガスの分離効率お
よびフィードガスの回収効率の飛躍的な向上がはかれる
。またパラジウム合金膜管のフィードガス吸収時の膨張
および外部ヒータによる熱膨張を吸収可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す断面図であり
、第２図は第１図のＢ−８矢視断面図、第３図は第１図
のＣ−Ｃ矢視断面図である゛。なお第１３図および第１
４図と同一機能を有する部分には同一符号を付し、その
部分の詳細な説明は省略する。第１図〜第３図に示すよ
うに、フィード゛ガス入ロノズル１から入った不純物を
含んだフィードガスＧａは、パラジウム合金膜管５の内
側を圧送される。フィードガスＱａがパラジウム合金膜
管５を通過する間に、パラジウム合金膜管５の内外のフ
ィードガス濃度差により外側へ透過された透過ガスすな
わち純水素ガスは、純水素ガス出口ノズル７から外筒２
の外へ導出される。また未透過ガスである不純物は、ブ
リードガス出口ノズル６から外筒２の外へ排出される。

パラジウムは、水素同位体ガス成分のみを選択的に吸収
する特性を有している。したがってパラジウム合金膜管
５は、フィードガスＱａを吸収することにより膨張する
。またパラジウム合金膜管５はヒータ８の加熱により伸
びを生じる。この膨張および伸びに対する対応策として
、本実施例では伸縮吸収手段を設けている。すなわち外
筒２の内部と均圧容器９の内部との間を、均圧管１０゜
均圧孔１１の一方または両方からなる連通部で連通させ
ると共に、外筒２および均圧容器９にそれぞれベローズ
１２を付設している。かくしてフィードガス側の圧力作
用面積を増大させて管板１５に作用する力を均衡させ、
パラジウム合金膜管５の自由伸びを可能にしている。

なお外筒２と均圧容器９との間に設けられるベローズ１
２は、使用条件下でのフィードガス圧力、ブリードガス
圧力により適切なバネ定数を持ったものを選定する必要
がある。また均圧管１０を使用する場合には、ベローズ
１２の自由な肋きを拘束することのないように弾力性に
富んだ配管等を選定する必要がある。また一般にベロー
ズは横方向および軸方向に過度の力が加わると破損する
ため、ガイ１；１６にストッパ１７を付けた構造にして
対処している。

このように構成された本装置においては、パラジウム合
金膜管５の外側に存在する水素ガス流路における水素ガ
スの圧力を、１０°３〜１０４ｔｏｒｒ程度の極めて低
い圧力に下げることが容易である。したがってパラジウ
ム合金膜管５の寸法がたとえ約２ａ程度と小さくても、
その内側にフィードガスＱａを圧送することにより、パ
ラジウム合金膜管５の内外のフィードガス濃度差を大き
くとることができる。その結果、透過流排出用のポンプ
性能にもよるが、本装置の回収効率を、９９．９９％（
管内圧力ＰＨ＝１０００ｔｏｒｒ。

管外圧力ＰＬ＝１０−１　ｔｏｒｒ）　〜９９．９９９
９％（ｖＩ内圧力ＰＨ−１０００ｔｏｒｒ、管外圧力Ｐ
Ｌ−１０’ｔｏｒｒ）程度まで向上させることは比較的
容易である。

また本装置においては、パラジウム合金膜管５の膨張お
よび伸びに対する対策が講じられているので、水素精製
装置の故障原因が除去され、信頼性が高いものとなる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第４図は本発明の第２実施例の構成を示す断面図であり
、第５図は第４図のＤ−Ｄ矢視断面図、第６図は第４図
のＥ−Ｅ矢視断面図である。この実施例が前記第１実施
例と異なる点は、ベローズ１２に横方向および軸方向の
過度の力が加わらないように、ガイド１６の代りにステ
ーボルト１８を取付けた点である。こうすることにより
、ベロ−ズ１２がより安全に保護される。上記以外は第
１実施例と同一なので説明は省略する。

第７図は本発明の第３実施例の構成を示す断面図であり
、第８図は第７図のＦ−Ｆ矢視断面図、第９図は第７図
のＧ−Ｃ矢視断面図である。この実施例が前記第１実施
例と異なる点は、外＠２の外周に所定間隙を隔てて別の
外筒１９を設け、フィードガス入口ノズル１とブリード
ガス出口ノズル６とを二重管構造とした点である。この
ような構造とすることにより、外筒２と均圧容器９との
間にフィードカスＱａが滞留する欠点を除去できると同
時に、外向が二重容器となることから、トリチウムなど
の有害ガスの透過漏洩防止殿能が大きいという利点があ
る。

第１０図は本発明の第４実施例の構成を示す断面図であ
り、第１１図は第１０図の１−（−Ｈ矢視断面図、第１
２図は第１０図のＩ−１矢視断面図である。この実施例
が前記第１実施例と異なる点は、第４図〜第６図に示し
た第２実施例と同様に、ベローズ１２に横方向および軸
方向の過度の力がリロわらないように、ステーボルト１
８を取付（プた構造にした点と、第７図〜第９図に示し
た第３実施例と同様に、外筒２の外周に所定間隙を隔て
て別の外筒１９を設け、フィードガス入口ノズル１とブ
リードガス出口ノズル６とを二重管構造とした点の二点
である。したがって本実施例においては、第２．第３実
施例の利点を合せもつものとなる。

なお本発明は前記各実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であ
るのは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パラジウム合金膜管の内側を不純物を
含んだフィードガスを能率よく圧送することが可能であ
るため、フィードガスと不純物との分離効率およびフィ
ードガスの回収効率が著しく高く、しかも構成は簡単で
あり小型に製作可能である上、パラジウム合金膜管のフ
ィードガス吸収時の膨張および外部ヒータによる熱膨張
を吸収可能な伸縮吸収手段を設けたので、故障発生が少
なく信頼性の高い動作が期待できる内管加圧型水素精製
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す断面図であり
、第２図は第１図のＢ−８矢視断面図、第３図は第１図
のＣ−Ｃ矢視断面図である。第４図は本発明の第２実施
例の構成を示す断面図であり、第５図は第４図のＤ−Ｃ
矢視断面図、第６図は第４図のＥ−Ｅ矢視断面図である
。第７図は本発明の第３実施例の構成を示す断面図であ
り、第８図は第７図のＦ−Ｆ矢視断面図、第９図は第７
図のＧ−Ｃ矢視断面図である。第１０図は本発明の第４
実施例の構成を示す断面図であり、第１１図は第１０図
のＨ−Ｈ矢視断面図、第１２図は第１０図の１−１矢視
断面図である。第１３図はパラジウム合金膜を使用した
従来の水素精製装置を示す断面図であり、第１４図は第
１３図のＡ−Ａ矢視断面図である。 １・・・フィードガス入口ノズル、２・・・容器外筒、
３・・・内筒、４・・・管板、５・・・パラジウム合金
膜管、６・・・ブリードガス出口ノズル、７・・・純水
素ガス出口ノズル、８・・・ヒータ、９・・・均圧容器
、１０・・・均圧管、１１・・・均圧孔、１２・・・ベ
ローズ、１５・・・管板、１６・・・ガイド、１７・・
・ストッパ、１８・・・ステーボルト、１９・・・別の
外筒、Ｇａ・・・水素同位体ガス（フィードガス）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　図 １５２図　　　　　　　　第３図 第　４囚 Ｒ 第５図　　　　　　　第６図 市　７　図 第８ＦｙＪ　　　　　　　　　　　第９図δ 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）均圧容器を備えた容器外筒と、この容器外筒の内
   部に導入された不純物を含んだ水素同位体ガスを内側に
   通流させる如く設けられたパラジウム合金膜管と、この
   パラジウム合金膜管の外側へ透過した透過ガスを前記容
   器外筒の外へ導出する手段と、前記パラジウム合金膜管
   の外側へ透過しない未透過ガスを前記容器外筒の外へ排
   出する手段と、前記パラジウム合金膜管の伸縮を吸収す
   る如く前記容器外筒および均圧容器に設けられた伸縮吸
   収手段とを具備したことを特徴とする内管加圧型水素精
   製装置。
2. （２）伸縮吸収手段は、容器外筒および均圧容器にそれ
   ぞれ伸縮吸収用のベローズを付設すると共に、上記容器
   外筒と均圧容器との間を連通する連通部を設けたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内管
   加圧型水素精製装置。