(57)【要約】      （修正有）【課題】熱源からの熱の供給停止時及び水素製造設備運転停止時にヨウ素の析出を起こすことない熱化学的水素製造設備を提供する。【解決手段】熱源と、第１の流体を輸送する第１の配管系と、第２の流体を輸送する第２の配管系L6,L7と、第１及び第２の流体を熱交換させる中間熱交換器と、第２の流体と熱交換する硫酸蒸発分解部8およびヨウ化水素分解部9と、反応器10と、硫酸蒸発分解部8およびヨウ化水素分解部９とそれぞれ熱交換する熱交換配管L8と、第３の流体を輸送する第３の配管系L61,L62と、第２の流体の熱を第３の流体に付与する熱交換器6と、熱交換器6への流量と第２の配管系への流量との配分を調整する第１の弁V1と、ヨウ化水素分解部9へ向かうヨウ化水素輸送配管L22に第３の流体を導入する第３の流体導入配管L14と、第３の流体の流量を調整する第２の弁V2と、第３の流体をヨウ化水素輸送配管L22内を流れるヨウ化水素に合流させる接続部V3とを備える。【選択図】      図２
2005289740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源２と、
前記熱源２と熱交換する第１の流体を輸送する第１の配管系Ｌ２〜Ｌ５と、
第２の流体を輸送する第２の配管系Ｌ６，Ｌ７と、
前記第１の配管系Ｌ３および前記第２の配管系Ｌ７にそれぞれ接続され、前記第１の流体と前記第２の流体とを熱交換させる中間熱交換器４と、
前記第２の流体と熱交換して硫酸を蒸発・分解する硫酸蒸発分解部８と、
前記第２の流体と熱交換してヨウ化水素を分離・分解するヨウ化水素分解部９と、
前記硫酸蒸発分解部８および前記ヨウ化水素分解部９にそれぞれセパレータを介して接続され、二酸化硫黄とヨウ素と水を反応させて硫酸およびヨウ化水素を生成する反応器１０と、
前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７が前記硫酸蒸発分解部８と接する部分よりも上流側で前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７から分岐し、前記硫酸蒸発分解部８および前記ヨウ化水素分解部９とそれぞれ熱交換する熱交換配管Ｌ８と、
第３の流体を輸送する第３の配管系Ｌ６１，Ｌ６２と、
前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７を介して前記熱交換配管Ｌ８に接続され、前記第２の流体の熱を前記第３の流体に付与する熱交換器６と、
前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７から前記熱交換配管Ｌ８が分岐するところに設けられ、前記熱交換器６への前記第２の流体の流量と前記第２の配管系への前記第２の流体の流量との配分を調整する第１の弁Ｖ１と、
前記第３の配管系の熱交換器６の出口側で前記第３の配管系Ｌ６２から分岐して、前記ヨウ化水素分解部９へ向かうヨウ化水素輸送配管Ｌ２２に前記第３の流体を導入する第３の流体導入配管Ｌ１４と、
前記第３の流体導入配管Ｌ１４が前記第３の配管系Ｌ６２から分岐するところに設けられ、前記第３の流体の流量を調整する第２の弁Ｖ２と、
前記第３の流体導入配管Ｌ１４が前記ヨウ化水素輸送配管Ｌ２２に接続されるところに設けられ、前記第３の流体を前記ヨウ化水素輸送配管Ｌ２２内を流れるヨウ化水素に合流させる接続部Ｖ３と、
廃棄物を排出するための排出管Ｌ１５を介して前記反応器１０に接続された廃棄物処理設備１６と、
前記熱交換配管Ｌ８が前記硫酸蒸発分解部８と接する部分よりも下流側で、かつ、前記熱交換配管Ｌ８が前記ヨウ化水素分解部９と接する部分よりも上流側に接続され、前記第２の流体を前記硫酸蒸発分解部８と熱交換することなく前記ヨウ化水素分解部９へバイパスさせるバイパス配管Ｌ１３と、
前記バイパス配管Ｌ１３が前記第２の配管系Ｌ６から分岐するところに設けられ、前記バイパス配管Ｌ１３への前記第２の流体の流量と前記第２の配管系への前記第２の流体の流量との配分を調整する第４の弁Ｖ４と、
前記バイパス配管Ｌ１３が前記熱交換配管Ｌ８に合流するところに設けられ、前記バイパス配管Ｌ１３から前記熱交換配管Ｌ８へ流れ込む流量配分を調整する第５の弁Ｖ５と、を具備することを特徴とする熱化学的水素製造設備。
【請求項２】
前記熱交換器６は、複数の熱交換器６１，６２を有し、
前記複数の熱交換器６１，６２を接続する複数の第２の配管系Ｌ６３〜Ｌ６５を有することを特徴とする請求項１記載の水素製造設備。
【請求項３】
前記熱交換器６は、複数の熱交換器６１，６２を有し、
前記第３の流体導入配管Ｌ１４が、前記第１の弁Ｖ１に最も近い前記熱交換器６１の前記第３の配管系Ｌ６４から分岐していることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の水素製造設備。
【請求項４】
さらに、前記ヨウ化水素分解部９と前記反応器１０との間に第４の流体を導入する第４の配管系Ｌ１７と、
前記第４の配管系Ｌ１７の内部を流れる前記第４の流体を加熱する加熱装置１８と、
前記第４の配管系Ｌ１７から前記ヨウ化水素分解部９ヘ導入される前記第４の流体の流量を調整する弁Ｖ７と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水素製造設備。
【請求項５】
さらに、前記ヨウ化水素分解部９と前記反応器１０との間に第４の流体を導入する第４の配管系Ｌ１９と、
前記第４の配管系Ｌ１９に接続され、前記第４の流体が収容された溶媒タンク２０と、
前記第４の配管系Ｌ１９に設けられ、前記ヨウ化水素分解９ヘ導入される第４の流体の流量を調整するポンプＰ３と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水素製造設備。
【請求項６】
前記第３の流体が水または水蒸気であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水素製造設備。
【請求項７】
前記第４の流体が水または水蒸気であることを特徴とする請求項４の記載の水素製造設備。
【請求項８】
前記第４の流体がエタノールであることを特徴とする請求項５記載の水素製造設備。
【請求項９】
前記熱源２が高温ガス炉であり、前記加熱装置１８が高温ガス炉の一次加圧水冷却器５であり、前記第３の流体が前記一次加圧水冷却器５の加圧水であることを特徴とする請求項４記載の水素製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
熱化学法（ＩＳ法またはＳＩ法）を利用して水素を製造する熱化学的水素製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素製造設備の一つとして熱化学法（ＩＳ法またはＳＩ法）を利用した熱化学的水素製造設備が考案されている。このような熱化学的水素製造設備としては、例えば特許文献１において開示されているように、ヨウ素と二酸化硫黄と水との反応によりヨウ化水素及び硫酸を生成し、ヨウ化水素を分解してヨウ素と水素を生成すると共に、硫酸を３３５℃ないし９５０℃の間の温度に加熱して蒸発・分解させ二酸化硫黄と酸素を生成し、水素と酸素を回収して、ヨウ素と二酸化硫黄を再び水と反応させるという一般にＩＳ法と呼ばれる水素製造方法のための設備がある。
【０００３】
また、このような水素製造設備で硫酸を分解するために必要な熱源として、例えば非特許文献１のように高温ガス炉を用いることが検討されている。
【特許文献１】特公昭６０−５２０８１
【非特許文献１】http://httrntsy.oarai.jacri.go.jp/index_top.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したＩＳ法による熱化学的水素製造設備においては、ヨウ素の融点が約１１４℃であるため、ヨウ素を含むガスあるいは溶液が１１４℃以下になると、反応容器内あるいは配管、弁、ポンプ内でヨウ素が析出し、水素製造プラントの運転に支障が生じる可能性があり、プラントの温度管理及びプラント停止時のヨウ素析出対策が課題であった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、熱源からの熱の供給停止時及び水素製造設備運転停止時にヨウ素の析出を起こすことなく設備を常温に戻すことのできる熱化学的水素製造設備を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱化学的水素製造設備は、熱源２と、前記熱源２と熱交換する第１の流体を輸送する第１の配管系Ｌ２〜Ｌ５と、第２の流体を輸送する第２の配管系Ｌ６，Ｌ７と、前記第１の配管系Ｌ３および前記第２の配管系Ｌ７にそれぞれ接続され、前記第１の流体と前記第２の流体とを熱交換させる中間熱交換器４と、前記第２の流体と熱交換して硫酸を蒸発・分解する硫酸蒸発分解部８と、前記第２の流体と熱交換してヨウ化水素を分離・分解するヨウ化水素分解部９と、前記硫酸蒸発分解部８および前記ヨウ化水素分解部９にそれぞれセパレータを介して接続され、二酸化硫黄とヨウ素と水を反応させて硫酸およびヨウ化水素を生成する反応器１０と、前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７が前記硫酸蒸発分解部８と接する部分よりも上流側で前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７から分岐し、前記硫酸蒸発分解部８および前記ヨウ化水素分解部９とそれぞれ熱交換する熱交換配管Ｌ８と、第３の流体を輸送する第３の配管系Ｌ６１，Ｌ６２と、前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７を介して前記熱交換配管Ｌ８に接続され、前記第２の流体の熱を前記第３の流体に付与する熱交換器６と、前記第２の配管系Ｌ６，Ｌ７から前記熱交換配管Ｌ８が分岐するところに設けられ、前記熱交換器６への前記第２の流体の流量と前記第２の配管系への前記第２の流体の流量との配分を調整する第１の弁Ｖ１と、前記第３の配管系の熱交換器６の出口側で前記第３の配管系Ｌ６２から分岐して、前記ヨウ化水素分解部９へ向かうヨウ化水素輸送配管Ｌ２２に前記第３の流体を導入する第３の流体導入配管Ｌ１４と、前記第３の流体導入配管Ｌ１４が前記第３の配管系Ｌ６２から分岐するところに設けられ、前記第３の流体の流量を調整する第２の弁Ｖ２と、前記第３の流体導入配管Ｌ１４が前記ヨウ化水素輸送配管Ｌ２２に接続されるところに設けられ、前記第３の流体を前記ヨウ化水素輸送配管Ｌ２２内を流れるヨウ化水素に合流させる接続部Ｖ３と、廃棄物を排出するための排出管Ｌ１５を介して前記反応器１０に接続された廃棄物処理設備１６と、前記熱交換配管Ｌ８が前記硫酸蒸発分解部８と接する部分よりも下流側で、かつ、前記熱交換配管Ｌ８が前記ヨウ化水素分解部９と接する部分よりも上流側に接続され、前記第２の流体を前記硫酸蒸発分解部８と熱交換することなく前記ヨウ化水素分解部９へバイパスさせるバイパス配管Ｌ１３と、前記バイパス配管Ｌ１３が前記第２の配管系Ｌ６から分岐するところに設けられ、前記バイパス配管Ｌ１３への前記第２の流体の流量と前記第２の配管系への前記第２の流体の流量との配分を調整する第４の弁Ｖ４と、前記バイパス配管Ｌ１３が前記熱交換配管Ｌ８に合流するところに設けられ、前記バイパス配管Ｌ１３から前記熱交換配管Ｌ８へ流れ込む流量配分を調整する第５の弁Ｖ５とを具備することを特徴とする。
【０００７】
熱化学法（ＩＳ法）では下記の反応式（１）（２）（３）に従って水素生成のための反応が進行する。
【０００８】
２Ｈ2Ｏ＋ＳＯ2＋３Ｉ2＝Ｈ2ＳＯ4＋２ＨＩ3    …（１）
Ｈ2ＳＯ4→ＳＯ2＋1/2Ｏ2      …（２）
２ＨＩ3→３Ｉ2＋３Ｈ2        …（３）
反応器では、温度１００〜１２０℃、大気圧〜２０気圧の条件下で、上式（１）の左辺から右辺へあるいは右辺から左辺へ化学反応が可逆的に進行する。
【０００９】
硫酸蒸発分解部の分解器では、温度約９００℃、大気圧〜２０気圧の条件下で、上式（２）の左辺から右辺へ化学反応が不可逆的に進行する。
【００１０】
ヨウ化水素分解部の分解器では、温度約４５０℃、大気圧〜２０気圧の条件下で、上式（３）の左辺から右辺へ化学反応が不可逆的に進行する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素製造設備を停止して常温に戻す前に、ヨウ素の析出温度よりも高温の水で洗浄するので、水素製造設備を常温に戻したときのヨウ素の析出を有効に防止することができる。
【００１２】
また、洗浄用の高温水の生成を、硫酸蒸発分解部をバイパスした二次系Ｈｅの熱を利用して行うために、高温水生成のための特別な熱源を必要としない。さらに、洗浄用の高温水の準備中及び洗浄中を通して、ヨウ化水素分解部が二次系Ｈｅでヨウ素析出温度よりも高い温度に維持されるため、プラント停止措置中のヨウ素の析出を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の様々な最良の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
まず、図１及び図２を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。また、図３に熱化学的水素製造設備における物質の流れの例を示す。ここでは熱源として高温ガス炉を利用した場合を例として説明を行うが、熱源としては８５０℃以上の熱が得られるものならば何でも良く、高温ガス炉以外の原子炉あるいは焼却設備やコークス炉なども熱源として利用可能である。
【００１５】
先ず図１を参照して熱化学的水素製造設備の全体の概要について説明する。
【００１６】
熱化学的水素製造設備１は、熱源としての高温ガス炉２と、高温ガス炉２から熱を取り出すための一次系ＨｅラインＬ２〜Ｌ５と、一次系ＨｅラインＬ２〜Ｌ５から熱を取り出すための二次系ＨｅラインＬ６，Ｌ７と、一次系ＨｅラインＬ２と二次系ＨｅラインＬ６，Ｌ７との間で熱交換を行う熱交換部ＨＥ３を有する中間熱交換器４と、一次系ＨｅラインＬ２〜Ｌ５からの除熱量を調整するための一次加圧水冷却器５と、二次系ＨｅラインＬ７からの除熱量を調整するための二次加圧水冷却器６と、原子炉隔離時の崩壊熱除去系である補助冷却器７とを備えている。一次加圧水冷却器５および二次加圧水冷却器６は循環ポンプＰ１を備えた熱交換器ＨＥ１にラインＬ６１，Ｌ６２を介して接続され、一次加圧水と二次加圧水が熱交換されるようになっている。また、補助冷却器７は循環ポンプＰ２を備えた熱交換器ＨＥ２にラインＬ７１，Ｌ７２を介して接続され、非常時の緊急冷却水が供給されるようになっている。
【００１７】
さらに、二次系ＨｅラインＬ６，Ｌ７は、図２に示す流量配分調整弁Ｖ１，Ｖ２を介して本発明の水素製造設備１の熱交換ラインＬ８に接続されている。
【００１８】
（第１の実施形態）  
図２を参照して本発明の第１実施形態の熱化学的水素製造設備１について説明する。  
第１の実施形態の設備１は、硫酸蒸発分解部８、ヨウ化水素分解部９、反応器１０、二相分離器１１、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）濃縮器１２、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３、高温水ラインＬ１４、排出ラインＬ１５、廃棄物処理設備１６、流量配分調整弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５、分岐弁Ｖ３および設備各部を監視するとともに設備各部の動作を制御する制御器（図示せず）を備えている。
【００１９】
硫酸蒸発分解部８は、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）蒸発器８１およびＳＯ3分解器８２を有し、これらが二次系ＨｅラインＬ６，Ｌ７に流量配分調整弁Ｖ１を介して接続された熱交換ラインＬ８とそれぞれ熱交換するように設計されている。すなわち、熱交換ラインＬ８の熱交換部ＨＥ４はＳＯ3分解器８２の内部流体（硫酸蒸気）と熱交換して、硫酸蒸気を約９００℃に加熱するようになっている。また、熱交換ラインＬ８の熱交換部ＨＥ５は硫酸蒸発器８１の内部流体（濃硫酸液）と熱交換して、濃硫酸液を約５００℃に加熱するようになっている。
【００２０】
流量配分調整弁Ｖ１は、熱媒流体である二次系Ｈｅを中間熱交換器４のラインＬ７と水素製造設備１の熱交換ラインＬ８とに所望の割合で分配するものであり、その動作は中央コントロールルームの制御器（図示せず）によって制御されるようになっている。また、流量配分調整弁Ｖ４は、二次系ＨｅラインＬ６からバイパスラインＬ１３が分岐するところに設けられ、二次系Ｈｅを熱交換ラインＬ８とバイパスラインＬ１３とに所望の割合で分配するものであり、その動作は中央コントロールルームの主制御器（図示せず）によって制御されるようになっている。バイパスラインＬ１３の下流側は、硫酸蒸発分解部８の出口側の弁Ｖ５を介して熱交換ラインＬ８に合流するように接続されている。
【００２１】
硫酸蒸発分解部８は、二相分離器１１、硫酸濃縮器１２およびセパレータ１３との間に循環回路Ｌ２３〜Ｌ２８を有するものである。二相分離器１１で分離された硫酸はラインＬ２３を通って硫酸濃縮器１２へ送られ、濃縮された濃硫酸液はラインＬ２４を通って硫酸蒸発分解部８の硫酸蒸発器８１へ送られ、硫酸蒸気はラインＬ２５を通って硫酸蒸発分解部８のＳＯ3分解器８２へ送られ、分解された二酸化硫黄と酸素および未分解の硫酸と水はラインＬ２６を通ってセパレータ１３へ送られる途中で熱交換部ＨＥ８とＨＥ９においてラインＬ２５および硫酸濃縮器１２とそれぞれ熱交換された後に、セパレータ１３によって二酸化硫黄／酸素と未分解硫酸／水とに分離され、前者はラインＬ２７を通って反応器１０へ送られ、後者はラインＬ２８を通って硫酸濃縮器１２へ送られるようになっている。一方、二相分離器１１で分離されたヨウ化水素はラインＬ２１，Ｌ２２を通ってヨウ化水素分解部９の電解電気透析器９１へ送られるようになっている。
【００２２】
ヨウ化水素分解部９は、順次直列に接続された電解電気透析器９１、ヨウ化水素蒸留器９２、ヨウ化水素分解器９３およびセパレータ９４を備えている。上述の熱交換ラインＬ８は、弁Ｖ５の下流側において、ヨウ化水素分解部９のヨウ化水素蒸留器９２およびヨウ化水素分解器９３とそれぞれ熱交換しうるように接触している。すなわち、熱交換ラインＬ８の熱交換部ＨＥ６はヨウ化水素分解器９３の内部流体（ヨウ化水素蒸気）と熱交換して、ヨウ化水素蒸気を約４５０℃に加熱するようになっている。また、熱交換ラインＬ８の熱交換部ＨＥ７はヨウ化水素蒸留器９２内部流体（透析ヨウ化水素）と熱交換して、透析ヨウ化水素を約１２０℃に加熱するようになっている。なお、ヨウ化水素分解部９のセパレータ９４は、生成したヨウ素を未分解のヨウ化水素から分離してラインＬ３２を通って反応器１０へ送るとともに、未分解のヨウ化水素をラインＬ３１を通ってヨウ化水素分解器９３へ戻すものである。
【００２３】
反応器１０は、二酸化硫黄と水とヨウ素から硫酸とヨウ化水素を生成するために特殊な触媒と内部流路を備えている。この反応器１０は、上述したヨウ化水素分解部９との間に循環回路を形成することなく、排出ラインＬ１５によって廃棄物処理設備１６に接続されている。反応器１０内に蓄積されたヨウ素系廃棄物は、保守点検時に開閉弁Ｖ６を開けて、反応器１０から廃棄物処理設備１６へ排出される。
【００２４】
二相分離器１１は、硫酸とヨウ化水素を比重の差を利用して分離するものである。すなわち、軽液としての硫酸は二相分離器１１の上部から抜き取られ、重液としてのヨウ化水素は二相分離器１１の底部から抜き取られる。
【００２５】
硫酸濃縮器１２は、硫酸溶液中に含まれる水を電気分解することによって硫酸を所望濃度に濃縮するものである。濃縮温度は例えば２２０℃である。
【００２６】
二次系ＨｅバイパスラインＬ１３は、二次系Ｈｅを硫酸蒸発分解部８に通過させることなく、ヨウ化水素分解部９に直接送って熱交換部ＨＥ６，７で熱交換させるためのものである。バイパスラインＬ１３は、硫酸蒸発分解部８の下流側において二次系ＨｅラインＬ６から分岐し、硫酸蒸発分解部８の上流側において熱交換ラインＬ８に合流している。バイパスラインＬ１３と二次系ＨｅラインＬ６との分岐部には流量調整弁Ｖ４が取り付けられ、バイパスラインＬ１３への二次系Ｈｅの流量と二次系ＨｅラインＬ６への二次系Ｈｅの流量とを所望の割合に流量調整されるようになっている。また、バイパスラインＬ１３と熱交換ラインＬ８との合流部には流量調整弁Ｖ５が取り付けられ、バイパスラインＬ１３への二次系Ｈｅの流量と熱交換ラインＬ８への二次系Ｈｅの流量とを所望の割合に流量調整されるようになっている。
【００２７】
高温水導入ラインＬ１４は、二次加圧水冷却器６で発生した高温水（第３の流体）をヨウ化水素分解部９に導くために、ヨウ化水素輸送ラインＬ２２と二次加圧水戻りラインＬ６２との間に設けられている。この高温水導入ラインＬ１４は、二次加圧水冷却器６の戻りラインＬ６２から分岐している。この分岐部には流量調整弁Ｖ２が設けられている。流量調整弁Ｖ２は、高温水導入ラインＬ１４への高温水の流量と戻りラインＬ６２への高温水の流量とを所望の割合で分配するものである。なお、流量調整弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の動作は中央コントロールルームの主制御器（図示せず）によって制御されるようになっている。また、高温水導入ラインＬ１４は、二相分離器１１よりも下流側で、かつ、ヨウ化水素分解部９よりも上流側にてヨウ化水素輸送ラインＬ２２に合流している。この合流部には三方開閉弁Ｖ３が設けられている。三方開閉弁Ｖ３の開閉動作は上述した流量調整弁Ｖ２の動作と同期させるようにしてもよいし、別個独立に動作させてもよい。
【００２８】
次に、動作について説明する。  
第１実施形態の水素製造設備１では、原子炉及び水素製造設備が通常の運転中であれば、９００℃以上の二次系Ｈｅが熱交換ラインＬ８の全てに通流して硫酸蒸発分解部８の各部およびヨウ化水素分解部９の各部とそれぞれ熱交換する。すなわち、二次系Ｈｅは、ＳＯ3分解器８２の温度を約９００℃に昇温し、かつ硫酸蒸発器８１の温度を約５００℃に昇温した後に、さらにヨウ化水素分解部９と熱交換して、Ｈｌ分解器９３を約４５０℃に昇温し、Ｈｌ蒸留器９２を約２５０℃に昇温し、それぞれ反応に好適な温度条件に維持する。
【００２９】
反応器１０ではヨウ素と二酸化硫黄と水との反応によりヨウ化水素と硫酸が生成され、生成されたヨウ化水素と硫酸は二相分離機１１によって比重分離される。分離されたヨウ化水素は、ヨウ化水素分解部９の電解電気透析器９１に送られて約１２０℃の温度で電解電気透析され、次いで蒸留器９１において約２５０℃の温度で蒸留され、さらにＨＩ分解器９３において約４５０℃に加熱されてヨウ素と水素とに熱分解される。
【００３０】
生成された水素は、製品として図示しない容器に収集される。一方、生成されたヨウ素は、セパレータ９４によって未分解のヨウ化水素を分離除去した後に、反応器１０へ送られ、熱化学反応に供される。なお、未分解のヨウ化水素は、戻りラインＬ３１を通ってＨＩ分解器９２へ戻され、再分解処理される。
【００３１】
一方、二相分離器１１で分離された硫酸は、硫酸濃縮器１２に送られて約２２０℃の温度で濃縮され、次いで硫酸蒸発・分解部８の蒸発器８１において約５００℃の温度で蒸発され、さらに分解器８２において約９００℃に加熱されて二酸化硫黄と酸素とに熱分解される。生成された二酸化硫黄と酸素は、セパレータ１３によって未分解の硫酸を分離除去した後に、反応器１０へ送られ、熱化学反応に供される。なお、未分解の硫酸は、戻りラインＬ２８を通って硫酸濃縮器１２へ戻され、硫酸蒸発・分解部８において再び濃縮、蒸発、分解処理される。
【００３２】
ところで、水素製造設備の点検や補修などのために、原子炉を稼動したままの状態で水素製造設備１のみを停止するような場合には、まず硫酸の分解反応を停止させるために、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３を用いて硫酸蒸発分解部８ヘの二次系Ｈｅの供給をバイパスして、硫酸蒸発分解部８の温度を低下させる。このとき、硫酸蒸発・分解による二次系Ｈｅの除熱分を二次加圧水冷却器６を用いて代替する。二次加圧水冷却器６を出た二次系Ｈｅは、ヨウ化水素分解部９に導かれ、ヨウ化水素分解部９の温度をヨウ素の析出温度である１１４℃以上に保持する。これによりヨウ素が析出するおそれがなくなり、ポンプ、弁、配管の閉塞が生じなくなる。同時に、二次加圧水冷却器６では二次系Ｈｅとの熱交換により高温水が発生する。
【００３３】
水素製造設備１の運転圧力が２０気圧である場合には、熱交換器としての二次加圧水冷却器６の水側の圧力も２０気圧とすることで、約２２０℃の飽和水が得られる。この高温水を高温水導入配管Ｌ１４を用いてヨウ化水素分解部９に導入し、ヨウ化水素分解部９の各部に接続されている配管、バルブおよびポンプ等の機器を洗浄してヨウ素を除去する。洗浄後の流体は反応器１０から排出ラインＬ１５の配管を通って廃棄物処理設備１６に導かれ、無害化するか又は再生処理を行う。
【００３４】
ヨウ化水素分解部９の配管の洗浄終了後は、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３を閉じ、二次系Ｈｅを二次加圧水冷却器６を通して除熱後、中間熱交換器４に戻す操作を行い、水素製造設備１を常温に戻す。
【００３５】
本実施の形態によれば、水素製造設備を停止して常温に戻す前に、ヨウ素の析出温度よりも高温の水で洗浄するので、常温に戻した場合のヨウ素の析出を防止することができる。また、洗浄用の高温水の生成を、硫酸蒸発分解部８をバイパスした二次系Ｈｅの熱を利用して行うために、高温水生成のために特別な熱源を必要としない。さらに、洗浄用の高温水の準備中及び洗浄中を通して、ヨウ化水素分解部９が二次系Ｈｅでヨウ素析出温度よりも高い温度に維持されるため、プラント停止措置中のヨウ素の析出を有効に防止できる。
【００３６】
（第２の実施形態）  
次に、第２の実施形態の設備について図４を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分は説明を省略する。  
第２の実施形態の水素製造設備１Ａは、二次加圧水冷却器６を分割して二段の冷却器６１，６２を設置したものである。第１段の二次加圧水冷却器６１から出た二次系Ｈｅを第２段の二次加圧水冷却器６２に導き、二次加圧水冷却器６２から出た二次系Ｈｅは弁の切り替えによって中間熱交換器４に戻るか、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３を通ってヨウ化水素分解部９の熱交換部ＨＥ６とＨＥ７に導かれる。
【００３７】
二次加圧水冷却器６１，６２の加圧水循環系及び放熱部はそれぞれ独立しており、第１段の二次加圧水冷却器６１の加圧水出口配管Ｌ６４に高温水導入配管Ｌ１４が接続されている。二次加圧水冷却器６１の除熱能力は通常運転時に硫酸蒸発分解部８での消費熱量に相当するものとし、第１段の二次加圧水冷却器６１と第２段の二次加圧水冷却器６２とを合わせた除熱能力は通常運転時に水素製造設備で消費する熱量に相当するものとする。
【００３８】
このような水素製造設備１Ａでは、原子炉及び水素製造設備が通常の運転中であれば、上記第１の実施形態の設備と同様に水素製造設備１Ａを反応に好適な温度に維持する。一方、水素製造設備の点検や補修などのために、原子炉を稼動したままの状態で水素製造設備のみを停止するような場合には、まず硫酸の分解反応を停止させるために、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３を用いて硫酸蒸発分解部８の二次系Ｈｅの供給をバイパスして、硫酸蒸発分解部８の温度を低下させる。このとき、硫酸蒸発分解による二次系Ｈｅの除熱分を第１段の二次加圧水冷却器６１を用いて代替する。第１段の二次加圧水冷却器６１への高圧水の循環を行い、第２段の二次加圧水冷却器６２の高圧水の循環は停止しておく。こうすることで、硫酸蒸発ラインをバイパスした分の除熱を第１段の二次加圧水冷却器６１で補うことができ、同時に高温水を生成してヨウ化水素分解部９の洗浄を行う。
【００３９】
二次加圧水冷却器６１を出た二次系Ｈｅはヨウ化水素分解部９に導かれヨウ化水素分解部９の温度をヨウ素の析出温度である１１４℃以上に保つので、ヨウ素が析出するおそれがなくなり、ポンプ、弁、配管の閉塞が生じなくなる。ヨウ化水素分解部９の洗浄終了後は、ヨウ化水素分解ラインの洗浄終了時は、二次系ＨｅバイパスラインＬ１３を閉じ、第２段の二次加圧水冷却器６２への高圧水供給を開始して、二次系Ｈｅを除熱後、中間熱交換器に戻す。
【００４０】
本実施形態によれば、二次加圧水冷却器（６１及び６２）を除熱量に応じて複数設置することにより、水素製造設備の運転モードにあわせた温度管理が可能となる。なお、本実施形態では高温水を生成するために２段の二次加圧水冷却器を設けたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、３段、４段、５段、６段あるいはそれ以上の多段の二次冷却水冷却器を設けて、高温水を生成するようにしてもよい。
【００４１】
（第３の実施形態）  
次に、第３の実施形態の設備について図５を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態の設備と重複する部分は説明を省略する。  
第３の実施形態の設備１Ｂは、ヨウ化水素分解部９の上流側ラインＬ２２（ヨウ化水素輸送ライン）に接続された高温水供給ラインＬ１７と、この高温水供給ラインＬ１７に高温水を供給するための加熱装置１８とを上述の第２の実施形態の設備に付加したものである。加熱装置１８には必要な熱量を確保できればどのようなものを用いても構わないが、例えば補助冷却器７を用いる。高温水供給ラインＬ１７には流量調整弁Ｖ７が取り付けられ、高温水の流量が所望流量に調整されるようになっている。
【００４２】
このような水素製造設備１Ｂでは、何らかの原因で水素製造設備への給熱が突然停止した場合に、加熱装置１８を用いて高温水を直ちに作りだすことができ、この高温水でヨウ化水素分解部９を洗浄することができるため、水素製造設備各部へのヨウ素の析出が有効に防止される。熱源が高温ガス炉の場合、中間熱交換器４への一次系Ｈｅの循環が停止してしまい、二次系Ｈｅに熱が伝達されなくなったような事象では、補助冷却器７が作動して加圧水を用いて一次系Ｈｅの除熱を行い、原子炉の崩壊熱を除去する。そこで、熱源が高温ガス炉の場合には加熱装置１８として補助冷却器７を用いることができる。また、熱源が焼却設備のような原子炉以外の設備の場合には、ボイラーを取り付けて加熱装置１８として用いる。
【００４３】
（第４の実施形態）  
次に、第４の実施形態の設備について図６を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態の設備と重複する部分は説明を省略する。  
第４の実施形態の設備１Ｃは、ヨウ化水素分解部９の上流側ラインＬ２２（ヨウ化水素輸送ライン）に接続された溶媒供給ラインＬ１９と、溶媒供給ラインＬ１９に溶媒を供給するための溶媒タンク２０を上述の第２の実施形態に付加したものである。溶媒供給ラインＬ１９には供給ポンプＰ３および流量配分調整弁Ｖ８が取り付けられている。
【００４４】
このような水素製造設備１Ｃでは、何らかの原因で水素製造設備への給熱が突然停止した場合に、溶媒タンク２０から溶媒をラインＬ１９を介してヨウ化水素分解部９の上流ラインＬ２２へ注入して洗浄することができるため、水素製造設備へのヨウ素の析出を有効に防止することができる。溶媒にはエタノールに代表されるようなヨウ素の溶解度が高い有機溶媒を用いる。本実施の形態によれば、熱源からの熱の供給がストップした場合にも、加熱装置を用いることなくヨウ化水素分解ラインを洗浄しヨウ素の析出を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、熱化学法（ＩＳ法）を利用して水素を製造する設備において、熱源からの熱の供給停止時及び水素製造設備運転停止時にヨウ素の析出を起こすことなく設備を常温に戻すことのできる熱化学的水素製造設備に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明が適用される高温ガス炉の冷却系を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱化学的水素製造設備を示す構成ブロック図。
【図３】第１実施形態の設備における物質の流れを示す物質収支図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る熱化学的水素製造設備を示す構成ブロック図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る熱化学的水素製造設備を示す構成ブロック図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る熱化学的水素製造設備を示す構成ブロック図。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…熱化学的水素製造設備、
２…高温ガス炉（熱源）、４…中間熱交換器、５…一次加圧水冷却器、
６，６１，６２…二次加圧水冷却器（第３の配管系の熱交換器）、
７…補助冷却器、８…硫酸蒸発分解部、９…ヨウ化水素分解部、
１０…反応器、１１…二相分離器、１２…硫酸濃縮器、１３，９４…セパレータ、
１４…高温水導入配管、１５…排出配管、１６…廃棄物処理設備、
１７…高温水供給配管、１８…加熱装置、１９…溶媒供給配管、２０…溶媒タンク、
ＨＥ１〜ＨＥ３…熱交換器、ＨＥ４〜ＨＥ９…熱交換部、
Ｌ２〜Ｌ５…一次系Ｈｅライン（第１の配管系）、
Ｌ６，Ｌ７…二次系Ｈｅライン（第２の配管系）、
Ｌ８…二次系Ｈｅの熱交換ライン（第２の配管系から分岐する熱交換配管）、
Ｌ１３…二次系Ｈｅバイパスライン、
Ｌ１４，Ｌ６１，Ｌ６２…高温水導入ライン（第３の配管系）、
Ｌ１５…廃棄物排出ライン（排出管）、
Ｌ２２…ヨウ化水素輸送ライン、
Ｌ２３〜Ｌ２５…硫酸分解ライン、
Ｌ２６…硫酸分解物の熱交換ライン、
Ｌ２７…分離物取出しライン、
Ｌ３１〜Ｌ３４…未反応物戻しライン、
Ｌ３５…反応生成物取出しライン、
Ｖ１〜Ｖ８…流量配分調整弁（接続部）、Ｐ１，Ｐ２…循環ポンプ、Ｐ３…供給ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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