(57)【要約】【課題】水素ポンプのポンプ性能を向上させることができる気相中水素分離方法および気相中水素分離装置を提供する。【解決手段】本方法は、プロトン導電性セラミックスを基材とする電解質基板１０と、電解質基板１０のアノード電極１１側に設けられたアノード室１３と、電解質基板１０のカソード電極１２側に設けられたカソード室１４とをもつ水素ポンプ１装置を用意する工程を実行する。水素を含む対象ガスを水素ポンプ１のアノード室１３に導入する。これにより対象ガス中の水素を含むガスを電解質基板１０のアノード電極１１において分解させる。水素のイオンを電解質基板１０の内部を透過させる。カソード電極１２上で生成された水素（水素同位体を含み得る）のガスを排出させる排出操作を実行する。排出操作を実行するとき、カソード電極１２上で生成された水素のガスを吸引手段７で吸引してカソード電極１２からの分離性を促進させる吸引運転を実施する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン導電性セラミックスを基材とすると共に一方の片面に設けられたアノード電極と他方の片面に設けられたカソード電極とを有する電解質基板と、前記電解質基板のアノード電極側に設けられ前記アノード電極に対面するアノード室と、前記電解質基板のカソード電極側に設けられ前記カソード電極に対面するカソード室とをもつ水素ポンプを用意する工程と、
水素を含む対象ガスを前記水素ポンプの前記アノード室に導入することにより、前記対象ガス中の水素を前記電解質基板の前記アノード電極において分解させ、水素のイオンを前記電解質基板の内部を透過させ、前記カソード電極上で生成された水素のガスを排出させる排出操作を実行し、
前記排出操作を実行するとき、前記カソード電極上で生成された水素のガスを前記吸引手段で吸引して前記カソード電極からの分離性を促進させる吸引運転を実施することを特徴とする気相中水素分離方法。
【請求項２】
請求項１において、前記吸引運転時において、前記吸引手段は、前記カソード室の圧力を１０５Ｐａ以下とすることを特徴とする気相中水素分離方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記吸引運転時において、酸素ガスまたは酸素を含むガスを前記電解質基板の前記カソード電極に供給する酸素供給操作を実行することを特徴とする気相中水素分離方法。
【請求項４】
プロトン導電性セラミックスを基材とすると共に一方の片面に設けられたアノード電極と他方の片面に設けられたカソード電極とを有する電解質基板と、前記電解質基板のアノード電極側に設けられ前記アノード電極に対面するアノード室と、前記電解質基板のカソード電極側に設けられ前記カソード電極に対面するカソード室とを有する水素ポンプと、
水素を含む対象ガスを前記水素ポンプの前記アノード室に導入することにより、前記対象ガス中の水素を含むガスを前記電解質基板の前記アノード電極において分解させる導入通路と、
前記水素ポンプの前記カソード室において前記電解質基板の前記カソード電極上で生成された水素のガスを排出させる排出通路と、
前記排出通路に設けられ前記カソード電極上で生成された前記カソード室の水素のガスを吸引して前記カソード電極からの分離性を促進させる吸引手段とを具備することを特徴とする気相中水素分離装置。
【請求項５】
請求項４において、前記吸引運転時において、前記吸引手段は、前記水素ポンプの前記カソード室の圧力を１０５Ｐａ以下とすることを特徴とする気相中水素分離装置。
【請求項６】
請求項４または５において、前記吸引運転時において酸素ガスまたは酸素を含むガスを前記電解質基板の前記カソード電極に供給する酸素供給手段が設けられていることを特徴とする気相中水素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気相中水素分離方法および気相中水素分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素同位体であるトリチウム（三重水素、Ｔ、３Ｈ）を例にとって説明する。核融合炉の燃料として使用される水素同位体であるトリチウム（三重水素、Ｔ）は、放射性の水素同位体であるため、管理された環境で使用しなければならない。現在、トリチウムの濃度測定には主に液体シンチレーション法が利用されているが、測定はバッチ処理であり、作業性やリアルタイム性が良くない。そこで、プロトン導電性セラミックスの両面に白金電極を備え、水素を生成させる水素ポンプが提案されている（非特許文献１）。
【０００３】
すなわち、プロトン導電性セラミックスは有蓋筒状に形成され、その内周面および外周面には白金の無電解メッキ法により得られるアノード電極およびカソード電極が設けられている。そして、水蒸気を含むガスをプロトン導電性セラミックスの内側に供給し、８００℃でアノード電極およびカソード電極間に２Ｖの直流電圧を印加して、水蒸気の電気分解を行う。その結果、白金メッキ電極は、従来の白金ペースト電極に比べて、電流値が増大し、水素生成速度が増大する。
【０００４】
また、水素ポンプに関する技術として、図６に示すように、プロトン導電性セラミックスを基材とする電解質基板１０Ｘと、電解質基板１０Ｘのアノード電極側に設けられアノード電極に対面するアノード室１３Ｘと、電解質基板１０Ｘのカソード電極側に設けられカソード電極に対面するカソード室１４Ｘと、水素を含む対象ガスをアノード室１３Ｘに導入することにより、対象ガス中の水素を含むガスを電解質基板１０Ｘのアノード電極において分解させる導入通路２Ｘと、カソード室１４Ｘにおいて電解質基板１０Ｘのカソード電極上で生成された水素のガスを排出させる排出通路３Ｘとを備えているものが知られている（特許文献１）。
【非特許文献１】Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol.41,No.1,p.95-97（January 2004）
【特許文献１】特許第３９９４１２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術によれば、水素ポンプのポンプ性能が必ずしも充分ではなく、プロトン導電性セラミックスのカソード電極において発生する水素の量が少なく、必ずしも充分ではない。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水素ポンプのポンプ性能を向上させることができ、水素の量を多くできる気相中水素分離方法および気相中水素分離装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る気相中水素分離方法は、プロトン導電性セラミックスを基材とすると共に一方の片面に設けられたアノード電極と他方の片面に設けられたカソード電極とを有する電解質基板と、電解質基板のアノード電極側に設けられアノード電極に対面するアノード室と、電解質基板のカソード電極側に設けられカソード電極に対面するカソード室とをもつ水素ポンプを用意する工程と、
水素を含む対象ガスを水素ポンプのアノード室に導入することにより、対象ガス中の水素を含むガスを電解質基板のアノード電極において分解させ、水素のイオンを電解質基板の内部を透過させ、カソード電極上で生成された水素のガスを排出させる排出操作を実行し、排出操作を実行するとき、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引手段で吸引してカソード電極からの分離性を促進させる吸引運転を実施することを特徴とする。
【０００８】
プロトン導電性セラミックスは、水素および／または水素同位体のイオンを伝導させるセラミックスである。プロトン導電性セラミックスはペロブスカイト型構造をもつ酸化物が例示される。
【０００９】
対象ガスは水素を含む。対象ガスとしては、水素ガスを含有していても良いし、水素を化合物として含有していても良い。化合物としては水があげられる。水としては、気相状の水の形態が挙げられる。
【００１０】
本明細書によれば、水素は、質量数１の水素（１Ｈ）の他に、水素同位体を含み得る意味である。従って、前記した対象ガスは、水素（１Ｈ）の同位体である質量数３のトリチウム（３Ｈ，三重水素）を含み得る。また、前記した対象ガスは、水素の同位体である質量数２のジュウテリウム（２Ｈ，重水素）を含み得る。但し、本明細書によれば、水素は、水素同位体と並列概念として用いたいときには、質量数１の水素（１Ｈ）の意味として用いるときもある。対象ガス中の水素は、電解質基板のアノード電極において分解され、水素のイオンは電解質基板の内部を透過し、カソード電極上で水素（水素同位体も含み得る）のガスを生成させる。
【００１１】
吸引手段は排出通路に設けられており、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引し、水素がカソード電極から分離することを促進させる。この結果、カソード電極上で生成された水素のガスが水素ポンプのカソード電極から分離することが促進される。吸引手段としては吸引ポンプ（真空ポンプを含む）、吸引ファン、エゼクタが例示されるが、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引できるものであれば何でも良い。
【００１２】
上記した吸引運転時において、カソード電極上で生成された水素をカソード電極から分離させる分離促進性を考慮すると、カソード室の全圧を１０５Ｐａ以下の真空状態、殊に１０４Ｐａ以下の真空状態とすることが好ましい。殊に、吸引運転時において、カソード室の全圧を１０１Ｐａ〜１０４Ｐａの範囲内、殊に、１０２Ｐａ〜１０４Ｐａの範囲内の真空状態に維持することが好ましい。
【００１３】
また、上記した吸引運転時において、酸素ガスまたは酸素を含むガスを電解質基板のカソード電極に供給することが好ましい。従って、吸引運転時において、カソード室の酸素分圧を０．１Ｐａ以上、１Ｐａ以上が好ましく、更には５Ｐａ以上が好ましく、殊に１０Ｐａ以上が好ましい。
【００１４】
従って、カソード室の全圧を１０１Ｐａ〜１０５Ｐａの範囲内の真空状態、または、１０２Ｐａ〜１０４Ｐａの範囲内の真空状態に維持する場合において、カソード室の酸素分圧を０．１Ｐａ以上とすることが好ましく、更に１Ｐａ以上、５Ｐａ以上、殊に１０Ｐａ以上とすることが好ましい。なかでも、カソード室の酸素分圧を１〜１００Ｐａの範囲内、１０〜１００Ｐａの範囲内にすることが好ましい。
【００１５】
第２発明に係る気相中水素分離装置は、プロトン導電性セラミックスを基材とすると共に一方の片面に設けられたアノード電極と他方の片面に設けられたカソード電極とを有する電解質基板と、電解質基板のアノード電極側に設けられアノード電極に対面するアノード室と、電解質基板のカソード電極側に設けられカソード電極に対面するカソード室とを有する水素ポンプと、
水素を含む対象ガスを水素ポンプのアノード室に導入することにより、対象ガス中の水素を含むガスを電解質基板のアノード電極において分解させる導入通路と、
水素ポンプのカソード室において電解質基板のカソード電極上で生成された水素のガスを排出させる排出通路と、
排出通路に設けられカソード電極上で生成されたカソード室の水素のガスを吸引してカソード電極からの分離性を促進させる吸引手段とを具備する。
【００１６】
本発明によれば、前述したように、対象ガスは水素を含む。対象ガスとしては、水素ガスを含有していても良いし、水素を化合物として含有していても良い。化合物としては水があげられる。水としては、気相状の水の形態、液相状の水の形態、気相および液相の水が共存する形態が挙げられる。
【００１７】
吸引手段は、排出通路に設けられており、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引し、水素がカソード電極から分離することを促進させる。吸引手段としては、前述した吸引ポンプ（真空ポンプを含む）、吸引ファン、エゼクタが例示されるが、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引できるものであれば何でも良い。
【００１８】
吸引手段は、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引し、水素がカソード電極から分離することを促進させる。この結果、カソード電極上で生成された水素のガスがカソード電極から分離することが積極的に促進される。吸引運転時において、カソード室の全圧を１０５Ｐａ以下の真空状態とすることが好ましい。殊に、吸引運転時において、カソード室の全圧を１０２Ｐａ〜１０４Ｐａの範囲内の真空状態に維持することが好ましい。
【００１９】
また、吸引運転時において、酸素ガスまたは酸素を含むガスを電解質基板のカソード電極に供給することが好ましい。従って、吸引運転時において、カソード室の酸素分圧を０．１Ｐａ以上、１Ｐａ以上が好ましい。更に１Ｐａ以上、１０Ｐａ以上が好ましい。従ってカソード室の全圧を１０２Ｐａ〜１０４Ｐａの範囲内の真空状態に維持する場合において、カソード室の酸素分圧を１０Ｐａ以上に調整することが好ましい。
【００２０】
この場合、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引し、水素がカソード電極から分離することを促進させることを考慮すると、吸引手段は、吸引運転時において、カソード室の圧力を１０５Ｐａ以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、カソード電極上で生成された水素のガスを吸引し、水素がカソード電極から分離することを促進させる。このため、水素ポンプのポンプ性能を向上させるのに有利となる。従って、カソード電極上で生成される水素（水素同位体も含み得る）の発生量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１を参照して説明する。気流中水素分離装置は、図１に示すように、（ａ）アノード室１３およびカソード室１４をもつ水素ポンプ１と；（ｂ）水素および／または水素同位体を含む対象ガスを水素ポンプ１のアノード室１３に導入することにより、対象ガス中の水蒸気を含むガス（水素および水素同位体を含み得るガス）を水素ポンプ１のアノード室１３に供給する導入通路２と；（ｃ）カソード室１４に連通する排出通路３とを有する。
【００２３】
プロトン導電性セラミックスを基材とする電解質基板１０のうちの厚み方向の一方の片面には、アノード電極１１が積層されている。電解質基板１０のうちの厚み方向の他方の片面には、カソード電極１２が積層されている。電解質基板１０のアノード電極１１は、薄い膜状をなしており、触媒活性および導電性を有する。カソード電極１２は、基板１０のうちの他方の片面に設けられた薄い膜状をなす触媒活性および導電性を有する。プロトン導電性セラミックスは、厚みは０．０１〜５ミリメートル程度であり、プロトンを厚み方向に透過させる材料である。このようにセラミックスとしては、ペロブスカイト構造を有するセラミックスが例示される。具体的には、プロトン導電性セラミックスとしては、ＣａＺｒＯ系酸化物（例えばＣａＺｒ０．９Ｉｎ０．１Ｏ３）等が用いられている。アノード電極１１は、水蒸気等の水素化合物のガスの透過性を有する金属又は金属酸化物による電極で構成されており、好ましくは多孔質の金属又は金属酸化物による電極で構成されていることが好ましい。アノード電極１１の厚みは０．００１〜０．１ミリメートル程度とされていることが好ましい。カソード電極１２は、水素および水素同位体のガスを透過する金属又は金属酸化物による電極で構成されており、好ましくは多結晶質の金属又は金属酸化物による電極で構成されている。ここで多結晶質とは、大きさや方位の異なる微少な結晶粒子が固着して集合している固体を指す。
【００２４】
アノード電極１１およびカソード電極１２を構成する金属としては、白金、金、銀等が用いられる。また、アノード電極１１およびカソード電極１２を構成する金属酸化物としては、酸化銀、酸化ニッケル等が用いられる。アノード電極１１はペースト焼付け法によって形成することが好ましく、カソード電極１２は無電解メッキ法によって形成することが好ましい。ペースト焼付け法は、金属又は金属酸化物のペーストを電解質基板１０上に所定厚みで塗布形成した後、焼付けることによって行われる。このようなペースト焼付け法により形成されるアノード電極１１の細孔径は１〜１０μｍであり、無電解メッキ法によって形成されるカソード電極１２の細孔径は１００ｎｍ以上で１μｍ未満である。
【００２５】
図１に示すように、排出通路３の他端には、トリチウム計測手段（水素同位体計測手段）として機能する比例計数管５が設けられている。比例計数管５の先方には、バルブ６５および第１通路６１を介して排気用のスタックが接続されている。比例計数管５の先方には、バルブ６５および第２通路６２を介して処理部が接続されている。
【００２６】
排出通路３のうち、吸引手段としての真空ポンプ７と比例計数管５との間には、計数ガスを供給する計数ガス供給手段８がバルブ８０を介して設けられている。計数ガスは、比例計数管５で用いられる作動ガスとして機能する。水素ポンプ１のカソード室１４は、バルブ９０を介して酸素供給手段９に接続されている。酸素供給手段９は、酸素ガスおよび不活性ガス（アルゴンガス）の混合ガスを水素ポンプ１のカソード室１４に供給するものである。カソード室１４の圧力は圧力センサ９５で検知される。図１において、ＱはＨ，Ｔ，Ｄを意味する。Ｈは質量数１の水素を意味する。Ｔは水素の同位体である質量数３のトリチウム（三重水素）を意味する。Ｄは水素の同位体である質量数２のジュウテリウム（重水素）を意味する。
【００２７】
使用の際には、水素を含む対象ガス（水素同位体を含み得る対象ガス）を、導入通路２からアノード室１３に収容する。単位時間あたりの流量は５０〜１０００ｃｍ３／分とすることができる。ここで、水素同位体としてはトリチウム（三重水素）、ジュウテリウム（重水素）が挙げられる。従って、対象ガスは、水素（Ｈ）を含む他に、ジュウテリウム（重水素、Ｄ、２Ｈ）および／またはトリチウム（三重水素、Ｔ、３Ｈ）よりなる水素同位体を含み得るガスである。
【００２８】
この対象ガスには、水蒸気（軽水、１Ｈおよび１６Ｏからなる水の蒸気）のほか、重水、トリチウム水およびそれらの混合物のガスが含まれる。本明細書では、水素同位体のガスとは、Ｄ、Ｔ等のガスを意味し、水素を含むガスとは、水蒸気やメタンガス等の水素化合物のガスを意味する。
【００２９】
この状態で、水素ポンプ１のアノード電極１１とカソード電極１２との間に直流電圧を印加する。この場合、アノード電極１１には直流電源のプラス側が接続される。カソード電極１２には直流電源のマイナス側が接続される。アノード電極１１とカソード電極１２との間には、好ましくは０．０５〜２０Ｖの直流電圧、０．１〜１０Ｖの直流電圧、殊に０．１〜５Ｖの直流電圧を印加する。また、水素ポンプ１の基板１０は図示しない加熱装置（具体的には管状電気炉）によって、好ましくは２００〜１５００℃、さらに好ましくは３００〜１０００℃の高温領域に加熱される。そして、上記したように基板１０が加熱されている状態で、アノード電極１１およびカソード電極１２間に直流電圧を印加することにより、触媒活性を有するアノード電極１１上で水蒸気等の電気分解が行われて、アノード電極１１上で水素イオン等が生成される。つまり、対象ガス中の水素および水素同位体（Ｔ，Ｄ）を含むガスをアノード電極１１上で分解する。アノード電極１１での基本反応は次の式（１）（２）に示される。従って、アノード電極１１での反応が活発であれば、酸素が増加する。
【００３０】
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２      …（１）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−          …（２）
生成した水素イオン、トリチウムイオン等といった水素および水素同位体のイオンは、電解質基板１０を構成するプロトン導電性セラミックスを厚み方向に透過し、カソード電極１２において水素ガスとなって、あるいは、トリチウムガス等の水素および水素同位体のガスとなって、カソード室１４に収容される。カソード電極１２での基本反応は次の式（３）に示される。
【００３１】
Ｈ＋＋ｅ−→１／２Ｈ２ …（３）
この際、計数ガス供給手段８から計数ガスがバルブ８０を介して排出通路３に供給される。そして、水素ガス、トリチウムガス等のガスが比例計数管５に供給され、そこで計測される。
【００３２】
ところで、上記したように水素ポンプ１の運転を続けると、カソード室１４で生成される水素等の還元ガスにより、電解質基板１０を形成するプロトン導電性セラミックスの表面が還元され、その性能が低下するおそれがある。これを抑制するために、カソード電極１２に対して酸素を含む混合ガスを、バルブ９０を開放し、酸素供給手段９からカソード室１４に供給する。このように、吸引運転のとき、プロトン導電性セラミックスの酸化処理運転を行う。この酸化処理運転は、プロトン導電性セラミックス内への酸素イオンの浸透を促進させるために、アノード電極１１とカソード電極１２との間に直流電圧が印加された状態で行うことが好ましい。このようにすれば、電解質基板１０を形成するプロトン導電性セラミックスにおける還元が抑制され、プロトン導電性セラミックスの性能が低下するおそれが低減される。
【００３３】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について図２を参照して説明する。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し、水素ポンプ１のカソード室１４には酸素供給手段９が接続されていない。
【００３４】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３について図３を参照して説明する。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成および作用効果を有する。複数個の水素ポンプ１が並列に設けられている。導入通路２は、各水素ポンプ１のアノード室１３に接続された分岐導入通路２ｐとを有する。排出通路３は、各水素ポンプ１のカソード室１４から分岐された分岐排出通路３ｐとを有する。真空ポンプは７各水素ポンプ１に共用される。
【００３５】
（試験例）
図１に示す水素分離装置を用いて試験例１を実施した。試験例１では、真空ポンプ７の駆動力（回転数）を変化させて、真空ポンプ７の真空吸引力を変化させ、これにより水素ポンプ１のカソード室１４の圧力を変化させた。この試験例１では、プロトン導電性セラミックスの温度を９７３Ｋ（６００℃）とした。アノード電極１１とカソード電極１２との間の電流値を一定（０．３５アンペア）とした。アノード室１３に供給された対象ガスとしてはモル％で１．２％のＨ２Ｏを含む不活性ガス（アルゴンガス）とし、対象ガスの供給流量としては３００ｃｍ３／分間とした。プロトン導電性セラミックスとしては、ＣａＺｒＯ系酸化物（例えばＣａＺｒ０．９Ｉｎ０．１Ｏ３）とし、厚みを０．５ミリメートルとした。アノード電極１１は、触媒活性および導電性を有する白金（厚み：０．０５ミリメートル）とした。カソード電極１２は、触媒活性および導電性を有する白金（厚み：０．００１ミリメートル）とした。この試験例１では、プロトン導電性セラミックスの還元を抑えるための酸素を水素ポンプ１のカソード室１４に供給していない。
【００３６】
試験結果を図４に示す。図４は、水素ポンプ１のカソード室１４の全圧［Ｐａ］と、プロトン導電性セラミックスのアノード電極１１とカソード電極１２との間に印加される電圧［Ｖ］との関係を示す。更に図４は、水素ポンプ１のアノード１３における酸素濃度［ｖｏｌ％］と、プロトン導電性セラミックスのアノード電極１１とカソード電極１２との間に印加される電圧［Ｖ］との関係を示す。ここで、図４において、プロトン導電性セラミックスのアノード電極１１とカソード電極１２との間に印加される電解電圧は、小さい方が好ましい。更に、アノード室１３における酸素濃度［ｖｏｌ％］については、高い方がアノード電極１１における水蒸気に含まれるＨ２Ｏ（水素）の分解反応が促進されているため、好ましい。
【００３７】
この試験例１によれば、図４に示すように、カソード室１４の全圧が減少すると、カソード電極１２における水素を発生させる発生量が増加し、定電流下における電解電圧も減少している。すなわち、カソード室１４の全圧を減少させることで、カソード電極１２における水素発生性能が向上していることがわかる。
【００３８】
ここで図４から理解できるように、カソード室１４の真空度が高くなり過ぎると、電解電圧が高くなり、アノード室１３における酸素濃度も低下する傾向がある。これは、必ずしも明らかではないが、酸素が水素ポンプ１のカソード室１４に供給されていないため、プロトン導電性セラミックスの還元が進行しているためと推察される。
【００３９】
更に試験例２を実施した。試験例２によれば、真空ポンプ７によりカソード室１４を吸引運転を実行してカソード電極１２付近を吸引させつつ、酸素を水素ポンプ１のカソード室１４に供給し、カソード電極１２付近に供給した。
【００４０】
試験結果を図５に示す。図５において、定電流電解電圧の時間変化（Ｖ／ｈ）は小さい方が好ましい。図５に示すように、水素ポンプ１のカソード室１４における酸素分圧が１０Ｐａ未満となると、定電流電解電圧の時間変化（Ｖ／ｈ）が増加する。水素ポンプ１のカソード室１４における酸素分圧が１００Ｐａよりも増加すれば、水素が酸化される割合が大きくなる。殊に、水素ポンプ１のカソード室１４における酸素分圧は、０．１〜１００Ｐａの範囲内で使用可能である。更には、水素ポンプ１のカソード室１４における酸素分圧は、１〜１００Ｐａの範囲内、１０〜１００Ｐａの範囲内が好ましい。
【００４１】
ところで、プロトン導電性セラミックスを透過した水素イオン、トリチウムイオン等は、カソード電極１２において、水素ガス、トリチウムガス等の水素および水素同位体のガスに変換される。このとき、カソード電極１２は無電解メッキ法によって形成され、水素および水素同位体のガスの透過性が良いため、カソード電極１２における水素ガス、トリチウムガス等を良好に生成させることができる。生成した水素ガス、トリチウムガス等は、カソード室１４に収容される。カソード電極１２が水素および水素同位体のガスの透過性に優れているのは、水素イオンが電子と結合して水素原子に変換される効率が高く、また多結晶中に存在するミクロポアーが水素および水素同位体のガスの透過には適しているためと推察される。
【００４２】
その他、本発明は上記した実施形態、試験例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態１に係り、水素ポンプをもつ水素分離装置の概略説明図である。
【図２】実施形態２に係り、水素ポンプをもつ水素分離装置の概略説明図である。
【図３】実施形態３に係り、水素ポンプをもつ水素分離装置の概略説明図である。
【図４】カソード室の圧力と電解電圧およびアノード室における酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図５】カソード室の酸素分圧と定電流電解電圧の時間変化を示すグラフである。
【図６】従来形態に係り、水素ポンプをもつ水素分離装置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１は水素ポンプ、１０は電解質基板、１１はアノード電極、１２はカソード電極、１３はアノード室、１４はカソード室、２は導入通路、３は排出通路、７は真空ポンプ（吸引手段）、９は酸素供給手段を示す。
【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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