JPS63303089A - 多管式水蒸気電解装置 - 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、複数の固体電解質セルを用いて水蒸気の電気
分解を行なう多管式水蒸気電解装置に関する。

［従来の技術］ 核融合炉システムにおいては、燃料としてのトリチウム
が種々の過程でトリチウム水に転換され、回収される。

例えば、ブランケット冷却ガスやスィーブガス中に含ま
れる増殖トリチウム、プラスマ排ガス中のトリチウムを
含む不純物は触媒酸化及び吸着、冷却操作により、トリ
チウム水として分離、回収した後、適切な方法によりこ
れを水素の化学形に戻して燃料として使用することが必
要である。

トリチウム水分解法としては、水成ガス転換反応法（触
媒還元法）、活性金属還元法等の気相分解法と、固体高
分子電解質電解法等の湿式分解法の適用が考えられてい
る。前記気相分解法は、トリチウムのインベントリ−が
少なく、かつ連続操作が可能であり、操作温度が比較的
低い等の利点も多い。しかしながら、その水成ガス転換
反応法は還元ガスが副生成物として水素（トリチウム）
中に混入するという問題がある。また、活性金属還元法
は活性金属が金属酸化物を生成して消耗するため、放射
性固体廃棄物を生成する等の原理的欠点を有する。前記
湿式法は、工業的に広く応用されている技術であるが、
高ｌｌ１ｔトリチウム水分解法としはトリチウムインベ
トリーが極めて大きい回分的な操作となる。電解ガス（
水素及び酸素）中への水蒸気の混入防止並びに水素と！
！素との完全分離が容易でない等の問題が生じる。特に
、高分子分解法では放射線による材料の劣化が避けられ
ない。

一方、固体電解質セルを用いたトリチウム水分解法は＾
濃度トリチウム水分解法に求められる条件の全てを満た
すことが可能である。即ち、セルはセラミック及び貴金
属で構成されているため、放射線損傷、腐蝕、劣化及び
トリチウム透過の恐れが少ない。また、水蒸気の電解で
あるため気相での連続処理が可能であり、トリチウムイ
ンベントリ−も極めて少ない。更に、電解生成物である
酸素は、電解質が酸素イオンのみを通す導電体であるた
め、水素（トリチウム）及びトリチウム水蒸気とは完全
に分離されてトリチウム汚染の危険が少ないことも他の
方法に見られない特徴である。

固体電解質セルを用いたトリチウム分解法の有効性につ
いては、発明者らは実ガス（純トリチウム水蒸気Ｔ２０
）を用いて中管式の４＊３ｉｓのものについて実証済で
ある。

ところで、固体電解質セルを使用した水蒸気電解装置と
しては、従来、第１０図に示す構造のものが知られてい
る。即ち、図中の１は上部にフランジ２を有する装置本
体としての容器であり、この容器１のフランジ２には蓋
体３がボルト・ナツト等により固定されている。前記容
器１の側壁外周には、真空断熱槽４が設けられている。

また、前記量体３から前記容器１内には固体電解質セル
５が吊架されている。前記固体電解質セル５内には、水
蒸気導入管６が挿入されており、かつ該導入管６は前記
蓋体３に設けられた口字形のフランジ部７により固定さ
れている。このフランジ部７には、水素同位体ガスの排
気管８が連結されている。また、前記固体電解質セル５
の外周には固状のヒータブロック９及び有底円筒状の熱
シールド体１０が順次所定の間隔をあけて同心円状に配
置されている。この熱シールド体１０の上部には環状の
熱シールド板１１が配ばされている。更に、前記蓋体３
には酸素排気管１２が連結されており、また前記真空断
熱槽４には真空引き管１３が連結されている。なお、前
記真空断熱槽４の代わりに水冷ジャケットを用いてもよ
く。この場合、真空引き管１３に代わって冷水供給管が
使用される。

このような構造の電解装置において、ヒータブロック９
により固体電解質セル５を５００〜６００℃（必要によ
り１０００℃）に加熱した後、水蒸気導入管６内に水蒸
気を供給すると、固体電解質セル５により水素同位体と
酸素に分解され、夫々排気管８．１２より取出され、水
蒸気の分解がなされる。

［発明が解決しようとするＷＡｉ点］ 上述した従来の電解装置において、固体電解質セル５の
本数が数本の場合にはヒータブロック９の加熱により固
体電解質セル５自身の円周方向の温度は略均−となると
考えられる。なお、固体電解質セル５の縦方向はヒータ
ブロック９の長さを適宜選定することにより均一な温度
にすることが容易である。しかしながら、固体電解質セ
ル５の本数が増えた場合には容器１の半径も当然大きく
なるため、ヒータブロック９での加熱において、固体電
解質セル５自身の円周方向でヒータブロック９に対向し
た輻射面側と反対側でかなりの温度差が生じる。固体電
解質セル５の水蒸気分解性能は、それ自身の温度に大き
く左右されるため、温度が１００℃違えば水蒸気分解性
能は一桁程度の差が生じる。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、個々の電解質セルの円周方向の温度分布を均一
にし、かつ個々のセル間の温度のバラツキを最少限に抑
え、全ての電解質セルが均一な性能を発揮し得る多管式
水蒸気分解装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、装置本体内に装填された複数の固体電解質セ
ルを用いて水蒸気の分解を行なう多管式水蒸気電解装置
において、前記個々の固体電解質セルに均熱管又は均熱
管と絶縁材の組合わせを設置するか、もしくは前記＠置
本体の中央部にヒータを設置したことを特徴とする多管
式水蒸気電解装置である。

［作用コ 本発明によれば、個々の固体電解質セルに均熱管又は均
熱管と絶縁材の組合わせを設置するか、もしくは前記装
置本体の中央部にヒータを設置することにより、固体電
解質セルの円周方向の温度分布を均一に保ことができ、
全体で均一な水蒸気分解性能を持たせることが可能な多
管式水蒸気分解装置を得ることができる。

［発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を第１因〜第３図を参照して詳細
に説明する。なお、前述した第１０図と同様な部材は同
符号を付して説明を省略する。

図中の１４は、各固体電解質セル５の外周に夫々所定の
間隔をあけて同心円状に配設された均熱管である。これ
らの均熱管１４は、例えばＳＵＳ又はＣＵ管にＮｉメッ
キを施した酸化し難い金属から形成されている。また、
前記各固体電解質セル５と均熱管１４の間には第３図に
示す如く絶縁材としての石英管１５が配設されている。

このような構成の多管式水蒸気電解装置によれば、各固
体電解質セル５の外周に均熱管１４が配設されているた
め、ヒータブロック９からの熱を各均熱管１４を通して
固体電解質セル５に伝達できるため、各セル５における
円周方向の温度分布を均一にできる。その結果、各固体
電解質セル５において均一な水蒸気分解性能を発揮でき
る。また、熱伝達性が良好で耐熱性の優れた石英管１５
を固体電解質セル５と均熱管１４の間に配設するセル５
及び均熱管１４の加工精度や組立て精度が解装置を組立
てることができる。

なお、上記実施例において固体電解質セルの本数が更に
多くなった場合、ヒータブロック９にから遠く隔てた容
器１の中心部近傍の固体電解質セル５と該ヒータブロッ
ク９に近い同セル５とではかなりの温度差が生じる恐れ
がある。こうした場合には、第４図〜第６図に示すよう
に容器１の中央部に別のヒータブロック１６を設け、該
ヒータブロック１６の温度を制御することにより各固体
Ｎ解質セル５間の温度のバラツキを最少限に抑えること
ができる。

上記第４図〜第６図図示の固体電解質セルの本数が多く
なった場合、容器の中央部に別のヒータブロックを配置
し、各セルの外周に配設した均熱管とによりセルの円周
方向の均熱加熱、セル間の１度のバラツキを最少限に抑
えたが、これに限定されない。例えば第７図に示すよう
にヒータブロック９．１６及び均熱管の代わりに固体電
解質セル５の外周にチューブヒータ（パイプヒータ）１
７を配設しても同様な効果を達成できる。

また、第８因に示すように多数の固体電解質セル５が挿
入される有底円筒状の熱シールド体１０内の要所要所に
棒状ヒータ１８を設置してＩｉ度制陣したり、第９図に
示すように容器１内に耐酸化性の金属ブロック１９を配
設し、このブロック１９内に各固体電解質セル５を挿入
し、かつ該金属ブロック１９の外周にマイクロヒータ（
又は棒状ヒータ）２０を配置して該金属ブロック１９を
熱伝達媒体として各セル５を均一に加熱するようにして
もよい。

更に、上記実施例では１１Ｊｌ！：導電型電解セルを用
いた電解装置について説明したが、水素導電型電解セル
等の同種の機能を持った電解装置にも同様に適用できる
。

［発明の効！！］ 以上詳述した如く、本発明によれば固体電解質セルの円
周方向の温度分布を均一にでき、かつ各セル間の温度の
バラツキを最少限に抑え、水蒸気分解性能の向上化を達
成できると共にセルの本数の低減化が可能となり、ひい
ては製作コストの低減のみならず、ｌ１１１１間１１機
器のコスＶ低減も図ることが可能な多管式水蒸気分解装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す多管式水蒸気分解装置
の概略図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第
１図のＢ−８矢視図、第４図は本発明の他の実施例を示
す多管式水蒸気分解装置の概略図、第５図は第４図のＡ
−Ａ矢視図、第６図は第４図のＢ−８矢視図、第７図〜
第９図は夫々本発明の更に他の実施例を示す概略図、第
１０因は従来の水蒸気分解ｉｉ画を示す概略図である。 １・・・容器（装置本体）、３・・・蓋体、５・・・固
体電解質セル、６・・・水蒸気導入管、８・・・水素同
位体ガスの排気管、９．１６・・・ヒータブロック、１
０・・・熱シールド体、１２・・・ｆｉ！素排素管気管
４・・・均熱管、１５・・・石英管（絶縁材）、１７・
・・チューブヒータ（バイブヒータ）、１８・・・棒状
ヒータ、１９・・・金属ブロック、２０・・・マイクロ
ヒータ。 出願人ｄ代理人　弁理士　鈴江武彦 第１０図 、　　第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 装置本体内に装填された複数の固体電解質セルを用いて
   水蒸気の分解を行なう多管式水蒸気電解装置において、
   前記個々の固体電解質セルに均熱管又は均熱管と絶縁材
   の組合わせを設置するか、もしくは前記装置本体の中央
   部にヒータを設置したことを特徴とする多管式水蒸気電
   解装置。