(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に直列に接続した２素子からなり、
前記２素子のうち上流側の素子にて酸素とメタンを反応させて水蒸気と二酸化炭素を生成させ、前記２素子のうち下流側の素子にて前記水蒸気を電解してなるように構成したことを特徴とする電解セル。
【請求項２】
酸素とプラズマ排ガス中に含まれるメタンとを第１の電解セルで反応させて、水蒸気と二酸化炭素とを生成する工程と、その下流に設けてなる第２の電解セルで前記水蒸気を電解する工程と、該水蒸気を電解した後に二酸化炭素を除去する低温トラップ工程と、水素同位体のみを同位体分離プロセスへ送る工程とからなることを特徴とするトリチウム水精製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合炉のトリチウム水精製に用いる電解セル及びそれを用いたトリチウム水精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、核融合炉のトリチウム水精製システムの一例を図３に示す。図３中、符号０１はプラズマ排ガス、０２は酸化反応器、０３は低温トラップ、０４は再生器、０５は電解セル、０６は同位体分離プロセスを各々図示する。
図３に示すように、プラズマ排ガス０１中に含まれるメタン（ＣＨ４  ）の炭素を除去するために、酸化反応器０２により、メタンを二酸化炭素と水素同位体を含む水とに分解している。この分解後、低温トラップ０３により二酸化炭素を除去していた。
そして、該低温トラップ０３にて捕獲された水素同位体を含む水は、再生器０４を経由した後、電解セル０５にて酸素を除去し、水素同位体０７のみを同位体分離プロセス０６に送っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシステムでは、水素同位体を一度酸化反応器０２にて酸化した後、電解セル０５にて還元するため、酸化反応器０２及び再生器０４が必要となり、核融合炉のトリチウム水精製システムが大規模かつ複雑になる、という問題がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑み、従来のような酸化反応器及び再生器等を省略でき、核融合炉のトリチウム水精製システムを簡略化することができる電解セルおよびそれを用いたトリチウム水精製方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の［請求項１］の発明は、電気的に直列に接続した２素子からなり、前記２素子のうち上流側の素子にて酸素とメタンを反応させて水蒸気と二酸化炭素を生成させ、前記２素子のうち下流側の素子にて前記水蒸気を電解してなるように構成したことを特徴とする。
【０００６】
本発明の電解セルを用いた核融合炉のトリチウム水精製方法は、酸素とプラズマ排ガス中に含まれるメタンとを第１の電解セルで反応させて、水蒸気と二酸化炭素とを生成する工程と、その下流に設けてなる第２の電解セルで前記水蒸気を電解する工程と、該水蒸気を電解した後に二酸化炭素を除去する低温トラップ工程と、水素同位体のみを同位体分離プロセスへ送る工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電解セルの実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００８】
図１は本実施の形態にかかる電解セルの断面図である。
図１に示すように、電解セル１１は、電気的に直列に接続した２つの第１の素子１２−１と第２の素子１２−２からなり、電解するガス流れの上流側に位置する第１の素子１２−１にてメタンを電解させ、その下流側に位置する第２の素子１２−２にて水蒸気を電解してなるように構成したものである。
上記第１の素子１２−１，１２−２は、電解質１３の内外面にカソード１４とアノード１５とが配置されている。
【０００９】
また、第１の素子１２−１と第２の素子１２−２は軸方向に電子及び酸素イオン導電性の低い絶縁材料１６で接合されている。そして、内面の電極を電子導電性を有するリード線１７で電気的に接続しており、また外面の電極に電源１８により電圧を負荷するようにしている。
【００１０】
上記構成において、電解するガス１９を上流側から流入させることにより、上流側の第１の素子１２−１で、下記式（１）により、メタンを分解する。
【００１１】
【化１】
２Ｏ２  ＋ＣＨ４  →２Ｈ２  Ｏ＋ＣＯ２        ・・・（１）
【００１２】
上記メタン分解後の電解するガスを下流側の第２の素子１２−２で、下記式（２）により、水蒸気を分解する。
【００１３】
【化２】
３Ｈ２  Ｏ＋Ｏ→２Ｏ２  ＋３Ｈ２            ・・・（２）
【００１４】
上記電解するガス１９の上流側の第１の素子１２−１において発生する酸素は、下流側の第２の素子１２−２のアノードにおける反応にて必要な酸素の量の半分であるため、不足する分の酸素（Ｏ２  ）は別途外部より供給するようにしている。
【００１５】
上流側の第１の素子１２−１と下流側の第２の素子１２−２とでは、電解する物質が異なるため、それらの電極の組成や寸法、長さ等は物質に応じて異なっている。
【００１６】
本発明による電解セルを用いた核融合炉のトリチウム水精製システムを図２に示す。
図２に示すように、プラズマ排ガス２１中に含まれるメタン（ＣＨ4 ）から炭素を除去するために、第１の電解セルである第１の素子１２−１を設けてメタンを分解し、その下流に設けた第２の電解セルである第２の素子１２−２により水蒸気を電解した後、低温トラップ２２により二酸化炭素を除去し、水素同位体２３のみを同位体分離プロセス２４に送るようにしている。なお、不足する分の酸素（Ｏ2 ）を別途外部より導入している。
【００１７】
上記反応により、メタンを水素同位体と二酸化炭素とに変換できるため、図２のシステムに示すように、従来のシステムでは必須であった酸化反応器及び再生器が不要となり、燃料精製システムを大幅に簡素化することができる。
【００１８】
以上のように、本発明では、電気的に直接に接続した２素子からなる電解セルであって、電解するガス流れの上流側に位置する素子にてメタンを電解させ、その下流側に位置する素子にて水蒸気を電解してなるように構成したので、メタンを水素同位体と二酸化炭素とに変換できるため、図２のシステムに示すように、従来の酸化反応器及び再生器が不要となり、燃料精製システムを大幅に簡素化することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の［請求項１］によれば、電気的に直列に接続した２素子からなり、前記２素子のうち上流側の素子にて酸素とメタンを反応させて水蒸気と二酸化炭素を生成させ、前記２素子のうち下流側の素子にて前記水蒸気を電解してなるように構成したので、メタンを水素同位体と二酸化炭素とに変換できる。
【００２０】
また、本発明の［請求項２］によれば、酸素とプラズマ排ガス中に含まれるメタンとを第１の電解セルで反応させて、水蒸気と二酸化炭素とを生成する工程と、その下流に設けてなる第２の電解セルで前記水蒸気を電解する工程と、該水蒸気を電解した後に二酸化炭素を除去する低温トラップ工程と、水素同位体のみを同位体分離プロセスへ送る工程とからなるようにしたので、従来の酸化反応器及び再生器が不要となり、燃料精製システムを大幅に簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電解セルの概略図である。
【図２】本実施の電解セルを用いた燃料精製システムの概略図である。
【図３】従来技術にかかる電解セルを用いた燃料精製システムの概略図である。
【符号の説明】
１１  電解セル
１２−１  第１の素子
１２−２  第２の素子
１３  電解質
１４  カソード
１５  アノード
１６  絶縁材料
１７  リード線
１８  電源
１９  電解するガス
２１  プラズマ排ガス
２２  低温トラップ
２３  水素同位体
２４  同位体分離プロセス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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