(57)【要約】【課題】水素を吸蔵した金属類から、簡便で、かつ、比較的短時間のうちに水素を除去するための方法を提供する。【解決手段】水素吸蔵金属類を正極２Ｐとし、他の金属を負極２Ｎとして正極２Ｐ及び負極２Ｎを真空容器１内に配置し、真空容器１の外部に設置した直流電源３に正極２Ｐ及び負極２Ｎを接続して前記水素吸蔵金属類から水素を除去する方法であって、該方法は、真空容器１内を排気するステップと、正極２Ｐ及び負極２Ｎを加熱するステップと、正極２Ｐと負極２Ｎ間に所定の電圧を印加するステップと、真空容器１内を所定の温度以下に冷却するステップとを備えるとともに、前記所定の電圧が、１ｋＶ以下であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を吸蔵させた金属あるいは合金（以下「水素吸蔵金属類」という。）を正の電極（以下「正極」という。）とし、他の金属を負の電極（以下「負極」という。）として前記正極及び負極を真空容器内に配置し、該真空容器の外部に設置した直流電源に前記正極及び負極を接続して前記水素吸蔵金属類から水素を除去する方法であって、該方法は、
前記真空容器内を排気するステップと、
前記正極及び負極を加熱するステップと、
前記正極と負極間に所定の電圧を印加するステップと、
前記真空容器内を所定の温度以下に冷却するステップとを備えるとともに、
前記所定の電圧が、１ｋＶ以下であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を吸蔵させた金属あるいは合金から水素を除去するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属元素の多くは、その中に水素を吸蔵する性質を持つ。水素を吸蔵する代表的な金属元素は、ニッケル、鉄、パラジウム、チタン等である。吸蔵性を高めるために複数の元素を成分とする水素吸蔵合金も発明されている。
水素を吸蔵させた金属(あるいは合金、以後金属と合金をまとめて金属類という。)から水素を除去するための従来の技術は、物理的方法及び化学的方法が知られている。
【０００３】
従来の物理的方法は、この金属類を加熱する、又は真空中に置く、さらに真空中で加熱して水素を金属類から除去するという方法である（例えば、下記特許文献１乃至４参照）。金属類の融点を超えて加熱しこの金属類が溶融しても、この物理的方法は利用できる。
一方、従来の化学的方法は、高温下で金属類を溶融させ、酸素等の雰囲気に晒すことで、吸蔵されている水素を酸素等と反応させ水素を別の化合物へと変化させて金属類から除去するという方法である（例えば、下記特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０３４１０４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４８６４７号公報
【特許文献３】特表２００２−５２０１６２号公報
【特許文献４】特開２００４−２５６８７７号公報
【特許文献５】特開２００３−２３１９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の物理的方法である真空中での加熱法では、脱水素が完了するまでに数時間から数日程度かかる。原子炉のように核反応を伴う発熱性の極めて高い装置の内部に、水素を吸蔵した金属類を格納している場合において、地震・津波といった災害時における緊急停止処置の一連の処置の一部として、水素吸蔵合金から核反応の燃料となり得る水素をできる限り速やかに除去するためには、従来の物理的方法では時間が掛かり過ぎるため実用的ではない。
【０００６】
一方、化学的方法である、溶融した金属類を酸素等に晒す方法では、本来の装置から水素を吸蔵した金属類を取り外して、別の溶融炉に投入しなければならないという手間がかかる。同様の災害緊急事態において、原子炉から水素吸蔵合金材料を被爆せずに取り出すことは不可能であるため、化学的方法は採用できない。
本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、水素を吸蔵した金属類から、簡便で、かつ、比較的短時間のうちに水素を除去するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、水素を吸蔵させた金属類（以下「水素吸蔵金属類」という。）を正の電極（以下「正極」という。）とし、他の金属を負の電極（以下「負極」という。）として前記正極及び負極を真空容器内に配置し、該真空容器の外部に設置した直流電源に前記正極及び負極を接続して前記水素吸蔵金属類から水素を除去する方法であって、該方法は、前記真空容器内を排気するステップと、前記正極及び負極を加熱するステップと、前記正極負極間に所定の電圧を印加するステップと、前記真空容器内を所定の温度以下に冷却するステップとを備えるとともに、前記電圧が、１ｋＶ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る方法によれば、従来の物理的方法に比べて、水素除去の時間を数分の１に短縮できる。さらに、投入する電力量を制御することで除去する水素の速度と量を制御できる。
また、本発明に係る方法によれば、水素吸蔵金属類が、ある装置の真空容器内において正極（負極として使用されている場合は電源を逆に接続すればいいので、結局は正極として扱える。）として使用されるものであれば（すなわち、直流電源に接続され得る状態を指す。）、正極及び負極に加熱装置を付加するだけで本方法を使用することができるので、従来の化学的方法のように、水素吸蔵金属類を真空容器から取り出す必要はない。このため、原子炉内の放射性物質を含む水素吸蔵金属類といった、そもそも取り出し困難な条件下でも、本発明を適用して、水素を除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る水素吸蔵金属類から水素を除去する方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る方法について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る「水素吸蔵金属類から水素を除去する方法」を説明するための概略図である。
図１において、真空容器１の内部に水素除去の対象となる水素吸蔵金属類を正極２Ｐとして配置するとともに、水素除去の対象ではない他の金属（以下「他の金属」という。）を負極２Ｎとして配置する。正極２Ｐと負極２Ｎとの間には直流電源３が接続される。
【００１１】
また、正極２Ｐ及び負極２Ｎにはそれぞれ加熱装置（例えばヒーター等）４が設置され、それぞれ正極２Ｐからの陽子放出及び負極２Ｎからの電子放出をアシストする。加熱装置４による加熱温度は５００度程度（上限は８００度）である。
なお、正極２Ｐ及び負極２Ｎの温度が、すでに「ある装置」における稼動中に５００度程度になっている場合は、加熱装置４による加熱アシストは不要であることは言うまでもない。
【００１２】
真空容器１には、密閉バルブ５、真空ポンプ接続口６及び真空ポンプ７を含む真空排気装置が備えられている。
さらに、真空容器１の内部を冷却するための冷却装置８が真空容器１を囲むように設置されている。この冷却装置８は、例えば、真空容器１を囲むように壁を設け、その内側に熱交換のための冷却液を循環させることによって外側から冷却することができる。
【００１３】
なお、本発明に係る方法を実施するための図１に示す装置は、専らこの方法を実施するために用意したものには限らず、例えば、本出願人の発明による中性子発生装置（特開２０１５−２０７５０４）に、冷却装置を付加したものでも構わない。
従って、正極２Ｐの水素吸蔵金属類は、元々この装置で正極として使用されてたものと、他の装置で使用されていたものを取り外してこの装置に正極として取り付けたものの両方の場合を指す。
【００１４】
以上の装置において、正極２Ｐの水素吸蔵金属類から水素を除去する方法について説明する。
まず、真空ポンプ７を作動させて、真空容器１内を真空状態にする。真空ポンプ７は、後述のように、発生した水素を外部に排出するために、この方法の実施中は連続して作動させるものとする。
【００１５】
次に、正極２Ｐ及び負極２Ｎを加熱する。水素吸蔵金属類の内部において、水素は、分子(H2)から原子単体(H)に分離し、さらに水素原子(H)は、イオン化し、水素原子核の陽子９(H+ = p, proton)と電子１０(e, electron)に電離していることが知られている。
次に、直流電源３から正極２Ｐと負極２Ｎ間に所定の電圧（１ｋＶ以下）を印加する。
十分に加熱された正極２Ｐであれば、水素のイオン化エネルギー電圧１３．６Ｖ以上の適度な電圧により、水素原子核である陽子９は、正極２Ｐから負極２Ｎへ向かって真空中に放射される。
【００１６】
また、十分に加熱された負極２Ｎからは、水素のイオン化エネルギー電圧１３．６Ｖ以上の適度な電圧により、電子１０が、負極２Ｎから正極２Ｐへ向かって真空中に放射される。
ここで、電極間の上限電圧をせいぜい１ｋＶ以下、例えば１００Ｖとすれば、放射された陽子９と電子１０の一部は真空中で結合して、水素原子に、さらに水素分子(H2)１１、つまり水素ガスに還る。一部は、電離したまま水素プラズマとなる。
【００１７】
次に、冷却装置８によって真空容器１の内部を冷却する。これにより、真空容器１の内部の水素プラズマも真空容器１の壁を通して冷却され水素原子となり、さらに冷却が進み、やがて水素分子となり、最終的に真空ポンプによって吸引される。
真空容器１の冷却は外部から行うため、真空容器内部に温度ムラが生ずる。正極２Ｐ及び負極２Ｎ付近は加熱されているので約５００度であるが、真空容器１の吸引口付近は３００度以下、真空ポンプの入り口は約１００度以下と想定される。上記温度は、水素除去開始時の想定温度であり、水素を除去して内部の反応が低下すれば、温度は徐々に常温に近づくものと思われる。
なお、上記冷却ステップは真空容器内の排気ステップと同時に開始しても構わない。
【００１８】
真空ポンプ７から排気される水素ガスは、大気へ放出するか、あるいは図示しない外部タンクへ格納する。特に、真空容器１の内部で核反応が予想される場合は、水素ガスに放射性を持つ三重水素が含まれる可能性があるため、外部タンクに格納し、大気へ放出してはならない。
以上より、正極に吸蔵された水素は、電圧の力により、従来の物理的方法である真空中の加熱処理だけに比べてはるかに素早く除去される。除去に必要な電力量は、金属類に吸蔵されている水素の容量、すなわちモル数に依存することになる。
【００１９】
また、わずかの陽子９は正極２Ｐから負極２Ｎの表面まで到達し、そこで電子１０と出会い、負極２Ｎの表面に付着した水素原子となる。さらに、この陽子９のごく一部が陽子のままで負極２Ｎの中に吸収される。したがって、負極２Ｎにわずかの水素が付着・吸収され得る。この負極に付着・吸収されたごくわずかの水素をも効果的に除去するためには、電流の向きを逆転、すなわち、直流電源３の接続を逆にし、負極を正極に、正極を負極に変えてやればよい。
【符号の説明】
【００２０】
１：真空容器、２Ｐ：正極、２Ｎ：負極、３：直流電源、４：加熱装置、５：密閉バルブ、６：真空ポンプ接続口、７：真空ポンプ、８：冷却装置
【図１】
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