(57)【要約】【課題】原子炉から水素製造設備へのトリチウムの侵入を防ぎ、プラントの簡素化を図り更に安全に水素を製造する。【解決手段】本発明に係る水素製造システムは、原子炉１と、原子炉１より排熱される排熱手段と、排熱手段より排出された熱を利用して水素を製造する水素製造装置６と、原子炉１と水素製造設備６との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスが用いられるＳｉＣセラミックス製熱交換器５と、を有する。【選択図】図１
2007145638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉と、
この原子炉より排熱される排熱手段と、
この排熱手段より排出された熱を利用して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスを用いたＳｉＣセラミックス製熱交換器と、
を有することを特徴とする水素製造システム。
【請求項２】
前記原子炉は、液体金属を冷却材とする高速炉又は高速増殖炉であることを特徴とする請求項１記載の水素製造システム。
【請求項３】
前記原子炉は、ヘリウムを冷却材とする高温ガス炉であることを特徴とする請求項１記載の水素製造システム。
【請求項４】
前記水素製造設備は、高温水蒸気電解法により高温下で水蒸気を電解し水素を生成する高温水蒸気電解水素製造設備であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項５】
前記水素製造設備は、熱化学法により水素製造を行う熱化学水素製造装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項６】
前記伝熱部材は、ホットプレス法又は反応焼結法により製造されるものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項７】
前記原子炉と１次系ループを介して連結された中間熱交換器と、この中間熱交換器と２次系ループを介して連結された蒸気発生器と、この蒸気発生器と第１の蒸気配管を介して連結され生成された蒸気が導出されるタービンと、前記第１の蒸気配管より分岐され前記ＳｉＣセラミックス製熱交換器に連結される第２の蒸気配管と、を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項８】
前記原子炉と１次系ループを介して連結され中間熱交換器と、この中間熱交換器と第１の２次系ループを介して連結された蒸気発生器と、この蒸気発生器と蒸気配管を介して連結され生成された蒸気が導出されるタービンと、前記第１の２次系ループより分岐され前記ＳｉＣセラミックス製熱交換器に連結される第２の２次系ループと、を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項９】
前記原子炉と１次系ループを介して連結された中間熱交換器と、この中間熱交換器と第１の２次系ループを介して連結され生成された２次系流体が導出されるタービンと、前記第１の２次系ループより分岐され前記ＳｉＣセラミックス製熱交換器に連結される第２の２次系ループと、を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項１０】
前記原子炉と第１の１次系ループを介して連結され加熱された流体が導出されるタービンと、前記第１の１次系ループより分岐され前記ＳｉＣセラミックス製熱交換器に連結される第２の１次系ループと、を具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の水素製造システム。
【請求項１１】
ゴミ焼却炉と、
このゴミ焼却炉より排熱される排熱手段と、
この排熱手段の排熱を利用して水素を製造する水素製造設備と、
前記ゴミ焼却炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスを用いたＳｉＣセラミックス製熱交換器と、
を有することを特徴とする水素製造システム。
【請求項１２】
原子炉より排熱される排熱ステップと、
この排出された熱を利用して水素製造設備によって水素を製造する水素製造ステップと、
前記原子炉と前記水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスを用いたＳｉＣセラミックス製熱交換器によって前記原子炉で発生したトリチウムの前記水素製造設備への侵入を抑制するトリチウム侵入抑制ステップと、
を有することを特徴とする水素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの簡素化を図り安全に水素を製造できる水素製造システム及び水素製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉等の熱源を用いた水素製造システムとして、原子炉等の排熱を利用し水素を製造する過程で、熱交換器を原子炉等と水素製造設備の間に配置してなるシステムが従来提案されている。
【０００３】
上記の原子炉等には、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）等の軽水炉だけでなく、新型転換炉（ＡＴＲ）、高速増殖炉（ＦＢＲ）、核融合発電も含まれる。以下では、原子炉を例にして説明を行う。
【０００４】
原子炉で加熱された冷却材中のトリチウムの除去及び透過遮断は、その多くの場合、コールドトラップ等の不純物除去装置を介して行われている。しかし、原子力プラントを構成する配管や機器の多くは、ステンレス鋼やニッケル合金等のトリチウムが透過拡散し易い材料で構成されているため、冷却材中の一部のトリチウムが機器や配管等から透過し外部へ放出されるために、これらの機器等がその影響を受けないように保守管理を行わなければならない。
【０００５】
このため、機器等に酸化被膜をコーティングしてトリチウム透過を低減させる方法（例えば、特許文献１参照）や、熱交換器の配管を２重化にする等してトリチウムに対する障壁を増やす手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、原子炉等排熱を利用して水素を製造する場合、原子炉等側からのトリチウムが水素製造側へ侵入して製造された水素へ混入する恐れがある。このトリチウムは、水素同位体であり、原子状態で材料中に溶解、拡散、透過し易い。この透過現象は、溶解現象と拡散現象の重ね合わせであり、結晶性や材料組織等に大きく影響される。また、この金属材料の水素透過率が大きいことが知られている（例えば、非特許文献１〜３参照）。さらに、上記の製造された水素は、燃料として様々に利用されるもので、放射性物質の混入は避けなければならない。
【特許文献１】特開平３−２０５５９９号公報
【特許文献２】特開平８−２４８１５８号公報
【非特許文献１】STEWARD S A，“Review of hydrogen isotope permeability through materials”，US DOE Rep．，1983，p22
【非特許文献２】K.VERGHESE，L.R.ZUMWALT，C.P.FENG，AND T.S.ELLEMAN，Journal of Nuclear Materials 85&86，1979，p1161-1164
【非特許文献３】R.A.CAUSEY，J.D.FOWLER，CAMRAN RAVANBAKHT，T.S.ELLEMAN and KURUVILLA VERGHESE，Journal of The American Ceramic Society，1978，p221-225
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の原子炉等熱源を用いた水素製造システムは、原子炉等の排熱を利用し水素を製造する過程で、熱交換器を原子炉等と水素製造設備の間に配置して行われるもので、原子炉側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぐ必要がある。
【０００８】
しかしながら、従来のトリチウム除去システムでは、装置が大型化し、複雑化しさらに放射性廃棄物処理が困難である、という課題があった。
【０００９】
また上記の２重管型熱交換器においては、構造が複雑化し、また、金属材料の水素透過率は大きく、２重管にして障壁を２倍にしても透過阻止機能は十分でない、という課題があった。
【００１０】
さらに、逆に水素製造装置で生成された水素が原子炉等側への侵入することも避けなければならない、という課題があった。これは、ナトリウム中の水素濃度が常に監視されていることからも分るように、高速炉では冷却水にナトリウムを用いているため、水素侵入による原子炉プラント構造材料の水素脆化や過剰水素による化学反応を抑制するためである。このように、原子炉等と水素製造プラントとの組み合わせにおいて、原子炉側への水素侵入も抑制しなければならない、という課題があった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子炉等側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぎ、プラントの簡素化を図り更に安全に水素を製造できる水素製造システム及び水素製造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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の水素製造システムにおいては、原子炉と、この原子炉より排熱される排熱手段と、この排熱手段より排出された熱を利用して水素を製造する水素製造装置と、前記原子炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスが用いられるＳｉＣセラミックス製熱交換器と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の水素製造システムにおいては、ゴミ焼却炉と、このゴミ焼却炉より排熱される排熱手段と、この排熱手段の排熱を利用して水素を製造する水素製造設備と、前記ゴミ焼却炉と水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスを用いたＳｉＣセラミックス製熱交換器と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の水素製造方法においては、原子炉より排熱される排熱ステップと、この排出された熱を利用して水素製造設備によって水素を製造する水素製造ステップと、前記原子炉と前記水素製造設備との間に設けられ伝熱部材としてＳｉＣセラミックスを用いたＳｉＣセラミックス製熱交換器によって前記原子炉で発生したトリチウムの前記水素製造設備への侵入を抑制するトリチウム侵入抑制ステップと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水素製造システム及び水素製造方法によれば、原子炉等と水素製造設備との間に、耐水素透過性のあるＳｉＣセラミックス製熱交換器を配設することにより、原子炉等側から水素製造側へのトリチウムの侵入を防ぎ、さらに水素製造側から原子炉側への水素の侵入を遮断することができるので、プラントの簡素化を図り更に安全に水素を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る水素製造システム及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。
【００１８】
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉１等の排熱を図示しない排熱手段を介して利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器（ＩＨＸ）２を原子炉１等と水素製造設備６との間に配置することにより行われる。この原子炉１等としては、例えば、４００℃〜５５０℃の排熱の利用が可能なナトリウム等液体金属を冷却材とする高速炉又は高速増殖炉高速炉又は高速増殖炉を想定する。原子炉１等と中間熱交換器２とは、１次系ループ７で連結され、原子炉１等で発生した熱は中間熱交換器２に伝達される。この１次系ループ７の中を流れる流体は原子炉核熱を伝達する液体金属であり、この配管材料は任意とする。
【００１９】
上記の中間熱交換器２は、４００℃〜５５０℃で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。この中間熱交換器２は、２次系ループ８を介して蒸気発生器（ＳＧ）３に接続されている。この蒸気発生器３は、２次系ループ８で熱を受け取り、蒸気を発生させるものであればよく、構造や型式は任意のものとする。また、２次系ループ８には１次系からの熱を伝達する液体金属が導入され、蒸気発生器３からの蒸気漏れが起こったときに直接蒸気が１次系ループに侵入しないように配置されたものであり、配管材料は任意とする。
【００２０】
この蒸気発生器３で発生した蒸気は、第１の蒸気配管９ａを介して発電用タービン４に導出されて、タービン４の羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン４は、電気を発生させるものであればよく、型式は任意とする。
【００２１】
また、上記の蒸気発生器３で発生した蒸気は、第１の蒸気配管９ａより分岐された第２の蒸気配管９ｂを介して水素製造用ＳｉＣ（シリコンカーバイト）セラミックス製熱交換器５に導出されている。この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、蒸気発生器３からの蒸気から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、構造や型式は任意とする。また、上記の第１及び第２の蒸気配管９ａ、９ｂは、４００℃〜５００℃の高温蒸気が流れるものであればよく、配管材料は任意とする。
【００２２】
この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導入された蒸気は、流体配管１０を介して水素製造設備６に供給される。この水素製造設備６は、４００℃〜５５０℃で作動可能な高温水蒸気電解水素製造設備であり、セル構造や電解質材料、電極材料は任意とする。
【００２３】
ここで、水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器（ＰＨＸ）５の伝熱材として使用されているＳｉＣセラミックスの水素透過率について説明する。
【００２４】
このＳｉＣセラミックス製伝熱部材は、例えば、ホットプレス法（ＨＰ法：Ｈｏｔ  Ｐｒｅｓｓ法）又は反応焼結法（ＲＳ法：Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ法）により製造される。
【００２５】
上述の方法で製造されたＳｉＣセラミックスを用いることにより、高強度かつ材料欠陥の少ないセラミックス製熱交換器の製作が可能となる。ＳｉＣセラミックスはその加工方法により、材料組織が大きく異なるが、反応焼結法又は繊維強化と反応焼結との組み合わせ等によって製作された緻密なＳｉＣセラミックスは、金属よりも数桁低いトリチウム透過挙動を示す。
【００２６】
図２は、図１のＳｉＣセラミックス製熱交換器の水素透過率を示すグラフである。
【００２７】
本グラフに示すように、ＳｉＣセラミックス（ＫＴ−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ）の水素透過率は、比較例としての原子炉プラントで多用されているステンレス鋼やニッケル合金（Ｆｅ、Ｎｉ）の水素透過率に比較して１０桁ほども小さいことがわかる。
【００２８】
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいＳｉＣセラミックスを伝熱部材としたＳｉＣセラミックス製熱交換器５を原子炉１と水素製造設備６との間に配置するものである。
【００２９】
本実施の形態によれば、耐水素透過性のあるＳｉＣセラミックス製熱交換器５を蒸気発生器３と水素製造設備６との間に配置することにより、原子炉１側から水素製造設備６側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このＳｉＣセラミックス製熱交換器５を採用することにより、水素製造設備６側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
【００３０】
また、逆に水素製造設備６側から原子炉１側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
【００３１】
なお、本実施の形態の水素製造システムによれば、原子炉１から水素製造装置６までに中間熱交換器（ＩＨＸ）２、蒸気発生器（ＳＧ）３及び水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５を介して流体が導出されるので、３重のトリチウム遮蔽構造を構築することになる。
【００３２】
図３は、本発明の第２の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。
【００３３】
第１の実施の形態においては、中間熱交換器２と水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５との間に蒸気発生器３が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、中間熱交換器２と水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５との間に蒸気発生器３が介在しない構成となっている。第１の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００３４】
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉１等の排熱を利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器２を原子炉１等と水素製造設備６との間に配置することにより行われる。この原子炉１等は、例えば、４００℃〜５５０℃の排熱の利用が可能な高速炉又は高速増殖炉を想定する。
【００３５】
この中間熱交換器２は、第１の２次系ループ８ａを介して蒸気発生器３に接続されている。この蒸気発生器３は、２次系ループ８ａで熱を受け取り、蒸気を発生させるものであればよく、構造や型式は任意のものとする。
【００３６】
この蒸気発生器３で発生した蒸気は、蒸気配管９を介して発電用タービン４に導出されて、タービン４の羽根を回転することにより電気を発生させている。
【００３７】
また、上記の中間熱交換器２の２次系流体は、第１の２次系ループ８ａを分岐して形成された第２の２次系ループ８ｂを介して水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導出されている。この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器２の２次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、構造や型式は任意とする。
【００３８】
この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導入された蒸気は、流体配管１０を介して水素製造設備６に供給される。この水素製造設備６は、４００℃〜５５０℃で作動可能な高温水蒸気電解水素製造設備であり、セル構造や電解質材料、電極材料は任意とする。
【００３９】
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいＳｉＣセラミックスを伝熱部材として使用したＳｉＣセラミックス製熱交換器５を、中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置する。
【００４０】
本実施の形態によれば、ＳｉＣセラミックス製熱交換器５を中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置することにより、原子炉１側から水素製造設備６側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このＳｉＣセラミックス製熱交換器５を採用することにより、水素製造設備６側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、逆に水素製造設備６側から原子炉１側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態の水素製造システムは、中間熱交換器（ＩＨＸ）２とＳｉＣセラミックス製熱交換器６との間には液体金属が流れるため腐食による問題が低減され、さらにタービン４に係る設備と水素製造設備６との分離が可能となる。
【００４３】
図４は、本発明の第３の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。
【００４４】
第２の実施の形態においては、蒸気発生器３が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、蒸気発生器３が介在しない構成となっている。第２の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００４５】
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉１等の排熱を利用し水素を製造する過程において、中間熱交換器２を原子炉１等と水素製造設備６との間に配置することにより行われる。この原子炉１等としては例えば、９００℃以下の排熱利用可能なヘリウム等を冷却材とする高温ガス炉を想定する。原子炉１等と中間熱交換器２とは、１次系ループ７で連結され、原子炉１等で発生した熱は中間熱交換器２に伝達される。この１次系ループ７に流れる流体は、高温ガス炉の冷却ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。この中間熱交換器２は、９００℃以下の温度で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。
【００４６】
この中間熱交換器２の２次系流体は、第１の２次系ループ８ａを介して発電用タービン４に導出されて、タービンの羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン４は、２次系ループの高温ガスにより発電できるガスタービンであり、その構造や形式は任意とする。
【００４７】
また、上記の中間熱交換器２の２次系流体は、第１の２次系ループ８ａから分岐して形成された第２の２次系ループ８ｂを介して水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導出されている。この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器２の２次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、９００℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
【００４８】
また、上記の第１及び第２の２次系ループ８ａ、８ｂは、中間熱交換器２において１次系ガスからの熱を回収できるガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
【００４９】
この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導入された蒸気は、流体配管１０を介して水素製造設備６に供給される。この水素製造設備６は、９００℃で作動可能であり、セル構造、電解質材料及び電極材料が任意であり、高温水蒸気電解水素製造設備又は熱化学法を用いた水素製造設備とする。
【００５０】
上記の流体配管１０は、高温水蒸気電解の場合は水蒸気が流れ、熱化学法の場合は触媒流体が流れので、この配管材料はそれぞれの流体に対して耐食性を有するものとする。
【００５１】
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいＳｉＣセラミックスを伝熱部材として使用したＳｉＣセラミックス製熱交換器５を、中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置する。
【００５２】
本実施の形態によれば、ＳｉＣセラミックス製熱交換器５を中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置することにより、原子炉１側から水素製造設備６側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このＳｉＣセラミックス製熱交換器５を採用することにより、水素製造設備６側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
【００５３】
また、逆に水素製造設備６側から原子炉１側への余分な水素の侵入をも遮断することが可能となり、原子炉プラント構造材料の水素脆化や水素侵入による化学反応の抑制が可能となる。
【００５４】
さらに、本実施の形態の水素製造方法を用いることにより、高速炉又は高温ガス炉との組み合わせにより、４００℃〜９００℃までの広い温度領域でエネルギー効率の高い水素製造が可能であり、同時に酸素も製造することも可能となる。
【００５５】
また、上記の水素製造方法を用いることにより、高温ガス炉との組み合わせによって、大規模水素製造が可能となる。
【００５６】
そして、９００℃での高温水蒸気電解により高効率水素製造が可能となり、さらに蒸気発生器を排除できるために配管等の低減が可能となる。
【００５７】
図５は、本発明の第４の実施の形態の水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。
【００５８】
第３の実施の形態においては、原子炉１と発電用タービン４との間に中間熱交換器２が介在する構成となっているが、本実施の形態においては、原子炉１と発電用タービン４との間に中間熱交換器２が介在しない構成となっている。第３の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００５９】
本図に示すように、水素製造システムは、原子炉１等の排熱を利用して水素を製造する過程において、中間熱交換器２を原子炉１等と水素製造設備６との間に配置することにより行われる。この原子炉１等は、９００℃以下の排熱利用可能なヘリウムを冷却材とする高温ガス炉とする。原子炉１等と発電用タービン４とは、第１の１次系ループ７ａで連結される。この１次系ループ７ａに流れる流体は、高温ガス炉の冷却ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
【００６０】
この１次系流体は、２次系ループ７ａを介して発電用タービン４に導出されて、タービンの羽根を回転することにより電気を発生させている。この発電用蒸気タービン４は、１次系ループの高温ガスにより発電できるガスタービンであり、その構造や形式は任意とする。
【００６１】
また、第１の１次系ループ７ａより分岐した第２の１次系ループ７ｂは、原子炉１等と中間熱交換器２とを連結している。原子炉１等で発生した熱はこの中間熱交換器２に伝達される。上記の中間熱交換器２は、９００℃以下の温度で熱交換可能なものであればよく、構造や型式は任意とする。
【００６２】
上記の中間熱交換器２の２次系流体は、２次系ループ８を介して水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導出されている。この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５は、トリチウム又は水素透過を遮断できる材料組織を有し、中間熱交換器２の２次系流体から熱を受け取り、高温蒸気を生成させるものであり、９００℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
【００６３】
また、上記の２次系ループ８は、中間熱交換器２において１次系ガスからの熱を回収できるガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
【００６４】
この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導入された蒸気は、流体配管１０を介して水素製造設備６に供給される。この水素製造設備６は、９００℃で作動可能であり、セル構造、電解質材料及び電極材料が任意であり、高温水蒸気電解水素製造設備又は熱化学法を用いた水素製造設備とする。
【００６５】
上記の流体配管１０は、高温水蒸気電解のときに水蒸気が流れ、熱化学法のときに触媒流体が流れので、この配管材料はそれぞれの流体に対して耐食性を有するものとする。
【００６６】
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいＳｉＣセラミックスを伝熱部材としたＳｉＣセラミックス製熱交換器５を中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置するものである。
【００６７】
本実施の形態によれば、ＳｉＣセラミックス製熱交換器５を中間熱交換器２と水素製造設備６との間に配置することにより、原子炉１側から水素製造設備６側へのトリチウムの侵入を遮断することができる。このＳｉＣセラミックス製熱交換器５を採用することにより、水素製造設備６側でのトリチウム除去装置の必要性がなくなり、プラントの簡素化や低コスト化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施の形態の水素製造システムでは、高温ガス炉と熱化学法水素製造設備とを組み合わせることにより、大量の水素製造が可能となる。
【００６９】
図６は、本発明の第５の実施の形態のゴミ焼却炉を利用した水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図である。
【００７０】
本図に示すように、水素製造システムは、ゴミ焼却炉１１の排熱を図示しない排熱手段を介して利用するものである。このゴミ焼却炉は９００℃以下の排熱利用可能なもので、このゴミ焼却炉１１と水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５との間に設けられた１次系ループ７を介して、排熱を利用して水素を製造するものである。この１次系ループ７は、ごみ焼却炉１１で発生した高温ガスが流れればよく、ガスの種類や配管材料は任意とする。
【００７１】
このＳｉＣセラミックス製熱交換器５で使用される伝熱部材は、水素透過を遮断できる材料組織を有し、９００℃以下の温度で熱交換できるものであればよく、構造や型式は任意とする。
【００７２】
この水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器５に導入された蒸気は、流体配管１０を介して水素製造設備６に供給される。この水素製造設備６は、４００℃〜９００℃以下で作動可能であり、セル構造、電解質材料そして電極材料が任意の高温水蒸気電解水素製造設備とする。この流体配管１０には、高温水蒸気電解のときは水蒸気が流れるものとする。
【００７３】
このように構成された本実施の形態において、水素透過率の小さいＳｉＣセラミックスを伝熱部材としたＳｉＣセラミックス製熱交換器５をゴミ焼却炉１１と水素製造設備６との間に配置するものである。なお、水素製造設備６には、外部電源１２が接続され、必要に応じて用いられる。
【００７４】
本実施の形態によれば、ＳｉＣセラミックス製熱交換器５を熱源としてのゴミ焼却炉１１と水素製造設備６との間に配置することにより、このＳｉＣセラミックス製熱交換器５により水素製造設備６からゴミ焼却炉１１への水素の侵入を抑制することができる。このように、ゴミ焼却炉１１側への水素の侵入を抑制することにより、ゴミ焼却炉１１の過熱を防止して安全性を高めることができる。
【００７５】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、複数のゴミ焼却炉を設置したプラントに変更してもよく、また原子炉などの熱源として２以上の実施の形態の構成を組み合わせて適用してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図。
【図２】図１の熱交換器の伝熱部材としてのＳｉＣセラミックス及び比較例の水素透過率を示すグラフ。
【図３】本発明の第２の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の水素製造システム及び水素製造方法の基本的な構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第５の実施の形態のゴミ焼却炉を利用した水素製造システム及びその製造方法の基本的な構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７７】
１…原子炉、２…中間熱交換器（ＩＨＸ）、３…蒸気発生器（ＳＧ）、４…タービン、５…水素製造用ＳｉＣセラミックス製熱交換器（ＰＨＸ）、６…水素製造設備、７、７ａ、７ｂ…１次系ループ、８、８ａ、８ｂ…２次系ループ、９、９ａ、９ｂ…蒸気配管、１０…流体配管、１１…ゴミ焼却炉。
【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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