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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023081232
(43)【公開日】2023-06-09
(54)【発明の名称】電解ガス再結合装置
(51)【国際特許分類】
F23C 13/00 20060101AFI20230602BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20230602BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20230602BHJP
B01D 59/40 20060101ALI20230602BHJP
【ＦＩ】
F23C13/00
C25B9/00 A
C25B1/04
B01D59/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021195008
(22)【出願日】2021-11-30
(71)【出願人】
【識別番号】504131459
【氏名又は名称】エフシー開発株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】591234307
【氏名又は名称】ジャパンウェイスト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002837
【氏名又は名称】弁理士法人アスフィ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】堤 泰行
【テーマコード（参考）】
3K065
4K021
【Ｆターム（参考）】
3K065TA18
3K065TD05
3K065TE06
3K065TK02
3K065TM02
3K065TM05
4K021AA01
4K021BA02
(57)【要約】
【課題】電解ガスの燃焼に伴う触媒の過熱を防止できる電解ガス再結合装置を提供すること。
【解決手段】電気分解によって発生した２種類の電解ガスを燃焼触媒と接触させて前記電解ガスを再結合する電解ガス再結合装置であって、
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
【選択図】図１
【解決手段】電気分解によって発生した２種類の電解ガスを燃焼触媒と接触させて前記電解ガスを再結合する電解ガス再結合装置であって、
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気分解によって発生した２種類の電解ガスを燃焼触媒と接触させて前記電解ガスを再結合する電解ガス再結合装置であって、
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
【請求項2】
請求項１に記載された前記電解ガス再結合装置、
前記電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および
前記電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、
を有する水素同位体分離装置。
前記電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および
前記電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、
を有する水素同位体分離装置。
【請求項3】
前記燃焼触媒の温度は１１０℃以上、２００℃以下である請求項２に記載の水素同位体分離装置を用いた水電解型水素同位体の分離方法。
【請求項4】
前記捕集ユニットの出口側を開放状態にして前記水素同位体分離装置を運転するものである請求項３に記載の水電解型水素同位体の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電解ガス再結合装置に関する。
【背景技術】
【0002】
触媒燃焼器は一般に、燃えにくい燃料を触媒の力を借りて燃えやすくする装置である。触媒燃焼器は例えば電解ガス再結合器として重水の濃縮に利用されている。重水を含む水を電解すると軽水がより多く電解されてガスとなって排出され、残された水の重水濃度は電解が進むにつれて高くなる。一方、電気分解で生じた２種類の電解ガスを電解ガス再結合装置で再結合させると低濃度の重水が得られる。
【0003】
従来の触媒燃焼器は燃焼反応を活発化させるため、特許文献１に示すように予熱ガスを供給して触媒温度を高めることなどが行われていた。しかしながら電解ガスは極めて燃えやすいため、電解ガスの燃焼反応に伴う触媒の過熱を防止する必要がある。
【0004】
触媒の過熱防止手段として例えば特許文献２には、多量の空気と共に電解して得られた水素と酸素を電解ガス再結合装置に供給することで燃焼熱を空気で持ち去る技術が提案されている。しかしながら空気に含まれる水分が再結合水に混入し重水濃度を低下させるため、電解ガス再結合装置には適さない。またガスの流量が小さいと燃焼熱を排出することが十分にできず、触媒が過熱して操業停止原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭６１－１４１５２２号公報
【特許文献2】特開２００７－５９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされた発明であって、その目的は電解ガスの燃焼に伴う触媒の過熱を防止できる電解ガス再結合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
［１］電気分解によって発生した２種類の電解ガスを燃焼触媒と接触させて前記電解ガスを再結合する電解ガス再結合装置であって、
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
前記燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する電解ガス再結合装置。
【0008】
［２］上記［１］に記載された前記電解ガス再結合装置、
前記電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および
前記電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、
を有する水素同位体分離装置。
前記電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および
前記電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、
を有する水素同位体分離装置。
【0009】
［３］前記燃焼触媒の温度は１１０℃以上、２００℃以下である上記［２］に記載の水素同位体分離装置を用いた水電解型水素同位体の分離方法。
【0010】
［４］前記捕集ユニットの出口側を開放状態にして前記水素同位体分離装置を運転するものである上記［３］に記載の水電解型水素同位体の分離方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明の電解ガス再結合装置によれば、熱伝導により触媒の温度上昇を抑制できるため電解ガスの燃焼熱による触媒の過熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図3】図３は、本発明の一実施態様であり、（ａ）はヒートシンク型電解ガス再結合装置の側面図、（ｂ）は伝熱板の上面の平面図、（ｃ）、（ｅ）は燃焼触媒層の平面図、（ｄ）はスペーサーの平面図、（ｆ）は伝熱板の下面の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、電気分解によって発生した２種類の電解ガスを燃焼触媒と接触させて該電解ガスを再結合する電解ガス再結合装置であって、該燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に排出する放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導性部材と、該熱伝導性部材に接して設けられた燃焼触媒層と、を有する。
本発明の上記構成によれば放熱手段と熱伝導性部材とによって熱を効率的に外部に放出できるため触媒の過熱を防止できる。
本発明の上記構成によれば放熱手段と熱伝導性部材とによって熱を効率的に外部に放出できるため触媒の過熱を防止できる。
【0014】
以下、本発明の電解ガス再結合装置について、好適な実施態様を示す図面を参照しながら説明する。なお、本発明の電解ガス再結合装置は図示例の構成に限定されず、構成は適宜変更可能である。
【0015】
本発明の電解ガス再結合装置１は、ハウジング内部に燃焼触媒層３が保持されていると共に燃焼触媒層３に接するように電解ガスの流路が設けられている。電解ガス流路は電解ガスが燃焼触媒層３と接触する構成であれば特に限定されず、蛇行型単溝、並列平行溝、格子状溝など各種公知の構造を採用でき、また所定の燃焼率を達成できるように適宜流路長さを設定すればよい。
【0016】
実施態様の好ましい一例である図１、２では電解ガス再結合装置１のハウジングは伝熱板９とフランジ２とで構成されており、燃焼触媒層３は伝熱板９とフランジ２とに挟持されている。また燃焼触媒層３の外周は額縁状のガスケット１７などのシール部材に囲まれており、ガスケット１７を伝熱板９とフランジ２との間に挟むことで伝熱板９とフランジ２の間に燃焼触媒層３の厚み分の隙間が生じないようにしている。燃焼触媒層３と相対するフランジ２の面にはリブ溝６によって電解ガスの折り返し流路（蛇行型単溝）が設けられており、該リブ溝６が電解ガスの流路として機能する。なお、フランジ２、ガスケット１７、伝熱板９はボルト１４等の接合手段によって接合されているが任意の手段で接合できる。
【0017】
他の実施態様の好ましい一例として図３（ａ）、４Ａでは電解ガス再結合装置１のハウジングは伝熱板（図３（ａ）は９；図４Ａは９－１～９－４）とシール部材１５とで構成されており、各燃焼触媒層の間には板状のスペーサー１８が設けられている。板状のスペーサー１８には複数の平行するスリット状の空隙が形成されており、該空隙がガス流路１９ｃとして機能する。
図３（ａ）のガス流路１９ｃのように並列流路にすると、電解ガス総流量が多くても各ガス流路当たりの電解ガス流量を抑制できる。
図４Ａのガス流路１９ｄ、１９ｅのように折り返し流路にすると、総流路長を長くできるため電解セルの積層厚みは若干増えるが装置面積を小さくでき、電解セルを小型化できる。また図３（ａ）、図４Ａでは、積層段数は適宜設定でき、段数が多くなるほど、大きな電解ガス量でも燃焼率を向上できる。
図３（ａ）のガス流路１９ｃのように並列流路にすると、電解ガス総流量が多くても各ガス流路当たりの電解ガス流量を抑制できる。
図４Ａのガス流路１９ｄ、１９ｅのように折り返し流路にすると、総流路長を長くできるため電解セルの積層厚みは若干増えるが装置面積を小さくでき、電解セルを小型化できる。また図３（ａ）、図４Ａでは、積層段数は適宜設定でき、段数が多くなるほど、大きな電解ガス量でも燃焼率を向上できる。
【0018】
図３（ａ）に示す電解ガス再結合装置１では燃焼触媒層３ｂに接している伝熱板９の上面９ａには電解ガス導入管４から供給された電解ガスが燃焼触媒層３ａ、３ｂの間のガス流路１９ｃに供給されるように図３（ｂ）に示すような電解ガスを縦方向に供給する電解ガス導入管４と連通して面方向に電解ガスを供給するリブ溝６ａが設けられている。
また燃焼触媒層３ａに接している伝熱板９の下面９ｂには、水蒸気排出管８と連通して面方向に形成されたリブ溝６ｂが設けられている。なお、伝熱板９の内部には冷媒管１３が設けられている。
また燃焼触媒層３ａに接している伝熱板９の下面９ｂには、水蒸気排出管８と連通して面方向に形成されたリブ溝６ｂが設けられている。なお、伝熱板９の内部には冷媒管１３が設けられている。
【0019】
燃焼触媒層３ｂには燃焼触媒層３ｂと同じ厚みの額縁状のガスケット１７が外周側に設けられている。また図３（ｃ）に示すように燃焼触媒層３ｂとガスケット１７の間にはリブ溝６ａと連通して電解ガスが流通するように設けられたスリット状の空隙が形成されており、該空隙がリブ溝６ａと接続するガス流路１９ａとなる。
燃焼触媒層３ａも同様に外周側にガスケット１７が設けられている。また図３（ｅ）に示すように燃焼触媒層３ａとガスケット１７の間にはスリット状の空隙（水蒸気流路１９ｂ）が形成されており、該空隙がガス通路乃至水蒸気流路となり、リブ溝６ｂを経由して水蒸気排出管８へガスを排出する。
燃焼触媒層３ａも同様に外周側にガスケット１７が設けられている。また図３（ｅ）に示すように燃焼触媒層３ａとガスケット１７の間にはスリット状の空隙（水蒸気流路１９ｂ）が形成されており、該空隙がガス通路乃至水蒸気流路となり、リブ溝６ｂを経由して水蒸気排出管８へガスを排出する。
【0020】
燃焼触媒層３ａと燃焼触媒層３ｂの間には、板状のスペーサー１８が設けられている。スペーサー１８にはスリット状の空隙が設けられており、該空隙が燃焼触媒層の両側に設けられたガス流路１９ａと水蒸気流路１９ｂとを接続するガス流路９ｃとなる。
【0021】
図４Ａに示す電解ガス再結合装置１では各燃焼触媒層は伝熱板に接して設けられており、各燃焼触媒層の間に設けられた板状のスペーサー１８でガス流路１９ｄ（図４Ｂ（ｃ））、とガス流路１９ｅ（図４Ｂ（ｇ））が形成されている。
燃焼触媒層３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆは夫々図４Ｂ（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）に示すように外周側に額縁状のガスケット１７が設けられている。燃焼触媒層３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆとガスケット１７の間にはリブ溝６ａ、またはガス流路１９ｅ、またはリブ溝６ｂと連通して電解ガスが流通するように設けられたスリット状の空隙が形成されており、該空隙がガス流路１９ｃ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈとなる。
燃焼触媒層３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆは夫々図４Ｂ（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）に示すように外周側に額縁状のガスケット１７が設けられている。燃焼触媒層３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆとガスケット１７の間にはリブ溝６ａ、またはガス流路１９ｅ、またはリブ溝６ｂと連通して電解ガスが流通するように設けられたスリット状の空隙が形成されており、該空隙がガス流路１９ｃ、１９ｄ、１９ｆ、１９ｈとなる。
【0022】
図４Ｂ（ａ）の電解ガス導入管４から供給された電解ガスは、リブ溝６ａ、図４Ｂ（ｂ）のガス流路１９ｃ、図４Ｂ（ｃ）のガス流路１９ｄ、図４Ｂ（ｄ）ガス流路１９ｄ、図４Ｂ（ｅ）のスリット状のガス流路１９ｅ、図４Ｂ（ｆ）のガス流路１９ｆ、図４Ｂ（ｇ）のガス流路１９ｅ、図４Ｂ（ｈ）の水蒸気流路１９ｈ、図４Ｂ（ｆ）のリブ溝６ｂを経由して水蒸気排出管８から排出される。
図４Ａのガス流路は４段であり、図４Ｂは２段分の部品図である。この部品を重ねることで、任意の段数の装置にすることができる。
各伝熱板の内部には冷媒管１３が設けられている。
図４Ａのガス流路は４段であり、図４Ｂは２段分の部品図である。この部品を重ねることで、任意の段数の装置にすることができる。
各伝熱板の内部には冷媒管１３が設けられている。
【0023】
他の実施態様の好ましい一例である図５では電解ガス再結合装置１のハウジングは伝熱板９ｅ、９ｆとシール部材１５とで構成されており、内部に燃焼触媒層３ｇと熱伝導部材である高熱伝導性多孔体１６を有する。高熱伝導性多孔体１６の両面に接して燃焼触媒層３ｇが設けられており、燃焼触媒層３ｇを構成する触媒間の空隙、及び高熱伝導性多孔体１６間の空隙がガス流路として機能する。図中の白矢印は電解ガスの流れ方向である。
伝熱板９ｆの上面には図５（ｂ）に示すように供給された電解ガスを広範囲に供給するために電解ガス導入管４に連通して面方向には並列平行に形成されたリブ溝６ｃが設けられている。
また伝熱板９ｅの下面には図５（ｄ）に示すように水蒸気排出管８と該水蒸気排出管８に連通して面方向には並列平行に形成されたリブ溝６ｄが設けられている。
図５の構成では内部に燃焼触媒層３ｇと高熱伝導性多孔体１６の層を複数段設けてもよい。
伝熱板９ｆの上面には図５（ｂ）に示すように供給された電解ガスを広範囲に供給するために電解ガス導入管４に連通して面方向には並列平行に形成されたリブ溝６ｃが設けられている。
また伝熱板９ｅの下面には図５（ｄ）に示すように水蒸気排出管８と該水蒸気排出管８に連通して面方向には並列平行に形成されたリブ溝６ｄが設けられている。
図５の構成では内部に燃焼触媒層３ｇと高熱伝導性多孔体１６の層を複数段設けてもよい。
【0024】
他の実施態様の好ましい一例である図６（ａ）は２つのガス導入管４ａ、４ｂが設けられている以外は図１と同じ構成である。なお、図６（ｂ）中、ボルト穴１４ａは省略している。
フランジ２ａには図６（ｂ）に示すように電解ガス導入管４ａ、４ｂから供給された２種類の電解ガスを混合するためガス混合室２４となる窪みが形成されている。ガス流方向を整える整流板２５となるようにガス混合室２４と同様窪みと、非窪みによって凹凸が形成され、窪み部分にガスが流れる。
また前段燃焼室２６となる窪み、ガス流路となるリブ溝６が形成されている。なお、前段燃焼室２６には燃焼効率を高めるために窪み部分と非窪み部分を設けて突起状の凹凸によって任意の形状の突起状物２６ａを形成し、ガス流の障害物を設けてもよい。またリブ溝６の形状は他の実施態様と同様、限定されない。
フランジ２ａには図６（ｂ）に示すように電解ガス導入管４ａ、４ｂから供給された２種類の電解ガスを混合するためガス混合室２４となる窪みが形成されている。ガス流方向を整える整流板２５となるようにガス混合室２４と同様窪みと、非窪みによって凹凸が形成され、窪み部分にガスが流れる。
また前段燃焼室２６となる窪み、ガス流路となるリブ溝６が形成されている。なお、前段燃焼室２６には燃焼効率を高めるために窪み部分と非窪み部分を設けて突起状の凹凸によって任意の形状の突起状物２６ａを形成し、ガス流の障害物を設けてもよい。またリブ溝６の形状は他の実施態様と同様、限定されない。
【0025】
【0026】
燃焼触媒層３は電解ガスの再結合に寄与する触媒であり、電気分解によって発生した２種類の電解ガスが触媒と接触すると燃焼反応によって再結合物を生成させる機能を有する。燃焼触媒層３を構成する燃焼触媒の材料は電解ガスの種類に応じて上記機能を有する公知の触媒から選択すればよく必要に応じて１種または２種以上の各種公知の合金元素が添加されていてもよい。例えば白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウムなどが高活性触媒であり、これらの元素を含む合金、例えば、白金－金、白金－パラジウム、白金－ロジウム、白金－イリジウム、白金－ニッケル、白金－タングステン、白金－コバルトなどの触媒も高活性であることが知られている。
【0027】
燃焼触媒層３は触媒金属のみで構成されていてもよいが、強度などの耐久性や交換容易性などを考慮すると、基材に触媒を担持させた構成が好ましい。触媒を担持する基材としては燃焼熱によって劣化しない耐熱性を有し、且つ熱伝導性に優れた特性を有する各種公知の基材を使用でき、例えばカーボンペーパーなどの各種公知の多孔質体；ＳＵＳ箔、ニッケル箔、ステンレス箔などの各種公知の金属箔；各種公知の金属基材；などであるが、上記特性を有する基材であれば特に限定されない。基材に担持する触媒の担持量は所望の電解ガスの燃焼率が得られるように適宜調整すればよい。
【0028】
燃焼触媒層３のサイズは電解ガス再結合装置１内を流通する電解ガスとの接触面積が大きくなるように設けることが好ましい。触媒と電解ガスの接触面積が大きくなる程、及び接触時間が長くなる程、電解ガスの燃焼率を高めることができる。電解ガスの燃焼率は高いほど好ましく、例えば９０％以上、より好ましくは９５％以上、更に好ましくは９８％以上、より更に好ましくは９９％以上、最も好ましくは１００％である。燃焼触媒層３の面積は供給する電解ガス量を考慮して上記燃焼率を達成できるように適宜調整することが望ましい。電解ガスの燃焼率は、電解電流値から計算した水素ガスと酸素ガスの発生流量の合計（Ｑｉｎ）と電解ガス再結合装置１からの排出ガス流量（Ｑｏｕｔ）から式［（Ｑｉｎ－Ｑｏｕｔ）／Ｑｉｎ］に基づいて算出される値である。
【0029】
シール部材１５はハウジングの密閉性を確保できる材料であれば限定されず、例えばフッ素ゴムなどの合成ゴム、樹脂など各種公知の材料を使用できる。
【0030】
熱伝導性部材は燃焼触媒で発生した燃焼熱を放熱手段に熱移動させる機能を有する。熱伝導部材としては上記機能を有すればよく各種公知の熱伝導部材を使用でき、例えば銅、銀、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、あるいはこれらの合金などの金属、あるいはカーボン材料などである。合金元素は必要に応じて１種または２種以上の各種公知の合金元素から適宜選択できる。
【0031】
熱伝導性部材の形状は特に限定されず、図１に示す伝熱板９などの板状、図５に示す高熱伝導性多孔体１６などの粒状などが例示される。また高熱伝導性多孔体１６表面の孔の有無は問わない。
燃焼触媒層３と熱伝導部材は、燃焼触媒層３の燃焼熱を熱伝導部材に熱移動できればよく、燃焼触媒層３と伝熱部材との接触状態は限定されない。例えば熱伝導部材は燃焼触媒層３の一方の面に接して設けられていればよい。熱伝導部材と燃焼触媒層３との接触面積は特に限定されないが、燃焼触媒層３と接している熱伝導部材の面積が大きいほど熱伝導性が高くなる。接触面にある触媒に電解ガスを供給するのが困難になるため、燃焼触媒層の基材がカーボンペーパーのような多孔質体の場合は、接触面積は５０％程度、残り５０％はガス溝に露出する構造にするのが望ましい。燃焼触媒層３の基材が金属箔の場合は、接触する溝付き熱伝導板を多孔質体とするか接触面積を５０％以下にすることが望ましい。
例えば図１、２では燃焼触媒層３の一方の面の半分（接触面積５０％）が伝熱板９に接して設けられている。
燃焼触媒層３と熱伝導部材は、燃焼触媒層３の燃焼熱を熱伝導部材に熱移動できればよく、燃焼触媒層３と伝熱部材との接触状態は限定されない。例えば熱伝導部材は燃焼触媒層３の一方の面に接して設けられていればよい。熱伝導部材と燃焼触媒層３との接触面積は特に限定されないが、燃焼触媒層３と接している熱伝導部材の面積が大きいほど熱伝導性が高くなる。接触面にある触媒に電解ガスを供給するのが困難になるため、燃焼触媒層の基材がカーボンペーパーのような多孔質体の場合は、接触面積は５０％程度、残り５０％はガス溝に露出する構造にするのが望ましい。燃焼触媒層３の基材が金属箔の場合は、接触する溝付き熱伝導板を多孔質体とするか接触面積を５０％以下にすることが望ましい。
例えば図１、２では燃焼触媒層３の一方の面の半分（接触面積５０％）が伝熱板９に接して設けられている。
【0032】
放熱手段は燃焼触媒で発生した燃焼熱を外部に放出する機能を有する。本発明では電解ガスの再結合により燃焼触媒層３で発生した燃焼熱を熱伝導によって外部に放出して燃焼触媒層３の過熱を防止している。具体的には放熱手段と、該放熱手段に接して設けられた熱伝導部材とで燃焼熱を外部に放出している。本発明では放熱部材と熱伝導部材は燃焼熱を燃焼触媒層３から除去するヒートシンクとして機能する（以下、放熱部材と熱伝導部材とをあわせてヒートシンクということがある）。
放熱手段としては上記燃焼熱の放出機能を有すればよく特に限定されない。例えば図１に示すような放熱フィン１０、図２に示すような熱伝導部材に内在させた冷媒管１３、図示しないが、作動液体の蒸発・凝集を利用して熱移動を行う各種公知のヒートパイプなどがあげられる。熱伝導するために放熱手段と熱伝導部材は接していればよく、例えば熱伝導部材の外部に放熱手段を接続して排熱してもよいし、熱伝導部材の内部に放熱手段を設けて排熱してもよい。また例えば図３（ａ）、図４Ａ、図５（ａ）のガス流路中に触媒で被覆された冷媒管を配置してもよい。冷媒管の管部分が熱伝導性部材、内部を流通する冷媒が放熱手段として機能する。
放熱手段としては上記燃焼熱の放出機能を有すればよく特に限定されない。例えば図１に示すような放熱フィン１０、図２に示すような熱伝導部材に内在させた冷媒管１３、図示しないが、作動液体の蒸発・凝集を利用して熱移動を行う各種公知のヒートパイプなどがあげられる。熱伝導するために放熱手段と熱伝導部材は接していればよく、例えば熱伝導部材の外部に放熱手段を接続して排熱してもよいし、熱伝導部材の内部に放熱手段を設けて排熱してもよい。また例えば図３（ａ）、図４Ａ、図５（ａ）のガス流路中に触媒で被覆された冷媒管を配置してもよい。冷媒管の管部分が熱伝導性部材、内部を流通する冷媒が放熱手段として機能する。
【0033】
例えば図１では熱伝導部材である伝熱板９の外表面に放熱手段である放熱フィン１０を接続することで燃焼触媒層３から伝熱板９、更に該伝熱板９から放熱フィン１０に熱が移動して排熱される。必要に応じて空冷ファン１１を設けることで放熱フィン１０の排熱効率を高めることができる。
また例えば図２では熱伝導部材である伝熱板９の内部に冷媒管を設けて、放熱手段である冷媒管１３内を流通する冷媒によって排熱する。具体的には燃焼触媒層３から伝熱板９、更に該伝熱板９から冷媒管１３、冷媒に熱が移動し、冷媒管１３内を流通する冷媒によって外部に排熱される。なお、必要に応じてラジエーター（図示しない）など冷媒の熱を除去する手段を設けて冷媒を循環させてもよい。冷媒管１３は直管、蛇管のいずれでもよいが蛇管にすることで冷却効果をより一層高めることができる。冷媒は液体、気体のいずれでもよく、各種公知の冷媒を使用できる。
また例えば図２では熱伝導部材である伝熱板９の内部に冷媒管を設けて、放熱手段である冷媒管１３内を流通する冷媒によって排熱する。具体的には燃焼触媒層３から伝熱板９、更に該伝熱板９から冷媒管１３、冷媒に熱が移動し、冷媒管１３内を流通する冷媒によって外部に排熱される。なお、必要に応じてラジエーター（図示しない）など冷媒の熱を除去する手段を設けて冷媒を循環させてもよい。冷媒管１３は直管、蛇管のいずれでもよいが蛇管にすることで冷却効果をより一層高めることができる。冷媒は液体、気体のいずれでもよく、各種公知の冷媒を使用できる。
【0034】
放熱手段には必要に応じて冷却促進手段を設けてもよい。冷却促進手段は放熱手段の燃焼熱放出効率をより一層高める機能を有する。冷却促進手段としては上記冷却機能を有していればよく、例えば、ファンなどが例示され、各種公知の冷却促進手段を使用できる。また冷却促進手段は必要に応じて１又は２以上を組み合わせて使用してもよい。
例えば図１の空冷ファン１１は必要に応じて任意に設けられる冷却促進手段の一例である。空冷ファン１１は放熱フィン１０の端部に接して設けられており、空冷ファン１１のファンの回転による空気流により放熱フィン１０の温度冷却効果を高めることができる。
冷却促進手段は放熱手段の温度低下効果を奏すれば設置位置は特に限定されず、また冷却手段は放熱手段に接するように設けてもよいし、接しないように設けてもよい。
例えば図１の空冷ファン１１は必要に応じて任意に設けられる冷却促進手段の一例である。空冷ファン１１は放熱フィン１０の端部に接して設けられており、空冷ファン１１のファンの回転による空気流により放熱フィン１０の温度冷却効果を高めることができる。
冷却促進手段は放熱手段の温度低下効果を奏すれば設置位置は特に限定されず、また冷却手段は放熱手段に接するように設けてもよいし、接しないように設けてもよい。
【0035】
本発明の電解ガス再結合装置１は必要に応じて触媒を加熱する手段（以下、触媒加熱手段という）を設けてもよい。触媒加熱手段を設けると電解ガス再結合装置１の運転時に触媒を予熱でき、触媒の温度が所定の温度に達するまでの時間を短縮できる。触媒加熱手段としては各種公知のヒーターを用いることができる。また触媒加熱手段の設置位置は燃焼触媒層３を加熱できれば特に限定されない。例えば図１ではフランジ２の外側にヒーター１１が設定されているが、これに限定されず、伝熱板９の任意の側面や、空冷ファン１１が設けられていない放熱フィン１０の任意の側面であってもよい。あるいは伝熱板９にヒーター１１を内包させてもよい。図２も同様に、ヒーターは任意の位置に設置でき、例えば伝熱板９にヒーターと冷媒管１３を内包させてもよい。
【0036】
本発明の電解ガス再結合装置１に供給する電解ガスの導入管は、任意の箇所に設ければよく特に限定されない。また電気分解によって発生した２種類の電解ガスは、電解ガス再結合装置１に供給する前に混合してから該混合ガスを電解ガス再結合装置１に導入してもよいし、２種類の電解ガスを電解ガス再結合装置１内で混合してもよい。また電解ガス再結合装置１内で生成された電解ガスの再結合物も任意の箇所に排出管を設けて取り出せばよい。
図１～図５は事前に電解ガスを混合し、該混合ガスを電解ガス導入管４から電解ガス再結合装置１に供給されている。また電解ガス再結合装置１内で生成された再結合物は排出管８から排出される。
図６では２種類の電解ガスが夫々電解ガス導入管４ａ、４ｂから電解ガス再結合装置１に供給されている。また電解ガス再結合装置１内で生成された再結合物は排出管８から排出される。
図１～図５は事前に電解ガスを混合し、該混合ガスを電解ガス導入管４から電解ガス再結合装置１に供給されている。また電解ガス再結合装置１内で生成された再結合物は排出管８から排出される。
図６では２種類の電解ガスが夫々電解ガス導入管４ａ、４ｂから電解ガス再結合装置１に供給されている。また電解ガス再結合装置１内で生成された再結合物は排出管８から排出される。
【0037】
次に本発明の電解ガス再結合装置を備えた一実施態様である水素同位体分離装置について説明する。
本発明の水素同位体分離装置は、本発明の電解ガス再結合装置と、該電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および該電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、を有する。
本発明の水素同位体分離装置は、本発明の電解ガス再結合装置と、該電解ガス再結合装置に供給する電解ガスを電気分解によって生成する電解ユニット、および該電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する捕集ユニット、を有する。
【0038】
以下、本発明の水素同位体分離装置について、好適な一実施態様を示す図面を参照しながら説明する。なお、本発明の電解ガス再結合装置は図示例の構成に限定されず、構成は適宜変更可能である。
図７（ａ）、７（ｂ）は本発明の水素同位体分離装置の概略図である。図示例では電解ガスのみを電解ガス再結合装置に供給しているが、本発明はこれに限定する趣旨ではなく、電解ガスには窒素やヘリウムなどの不活性ガス、空気や酸素などの酸素含有ガスが含まれていてもよい。なお、空気を用いる場合は予め空気を乾燥させて水分を除去してから使用することが好ましい。
図中１は既に説明した本発明の電解ガス再結合装置１である。
図７（ａ）、７（ｂ）は本発明の水素同位体分離装置の概略図である。図示例では電解ガスのみを電解ガス再結合装置に供給しているが、本発明はこれに限定する趣旨ではなく、電解ガスには窒素やヘリウムなどの不活性ガス、空気や酸素などの酸素含有ガスが含まれていてもよい。なお、空気を用いる場合は予め空気を乾燥させて水分を除去してから使用することが好ましい。
図中１は既に説明した本発明の電解ガス再結合装置１である。
【0039】
電解ユニット２０は電解ガス再結合装置１に供給する電解ガスを電気分解によって生成する装置である。電解ユニット２０の構成は特に限定されず、各種公知の電解ユニットを使用できる。図示例では水素イオン伝導性がある電解質膜の両側にそれぞれ陽極と陰極を接合した膜電極接合体２２と、該膜電極接合体２２によって分けられた陽極側の陽極室２１と陰極側の陰極室２３とで構成されている。
膜電極接合体２２などのように分離膜を利用した電気分解は、分離膜がないアルカリ電解槽を用いる場合と比べるとヘリウムなどによる希釈が不要であり、また装置構成を簡易化できる。そのため生成された水素と酸素は希釈せずに電解ガス再結合装置１に供給して燃焼させることができるため、装置の小型化に寄与する。すなわち、希釈ガスは電解ガスの触媒との接触の妨げになるため、燃焼触媒層の面積を大きくする必要があるが、希釈ガスが不要な本発明では燃焼触媒層の面積を小さくできるため装置を小型化できる。またアルカリ電解のように電解液を追加する必要がなく、したがって添加した電解液を除去するための蒸留装置も不要であり、装置を簡素化できる。
膜電極接合体２２を構成する電解質膜は特に限定されず、水電解によって酸素と水素を発生するものであれば、いずれも使用できる。膜電極接合体２２は例えば固体電解質としてナフィオン膜、陽極としてイリジウム系触媒、陰極として白金系触媒が好ましい。
膜電極接合体２２などのように分離膜を利用した電気分解は、分離膜がないアルカリ電解槽を用いる場合と比べるとヘリウムなどによる希釈が不要であり、また装置構成を簡易化できる。そのため生成された水素と酸素は希釈せずに電解ガス再結合装置１に供給して燃焼させることができるため、装置の小型化に寄与する。すなわち、希釈ガスは電解ガスの触媒との接触の妨げになるため、燃焼触媒層の面積を大きくする必要があるが、希釈ガスが不要な本発明では燃焼触媒層の面積を小さくできるため装置を小型化できる。またアルカリ電解のように電解液を追加する必要がなく、したがって添加した電解液を除去するための蒸留装置も不要であり、装置を簡素化できる。
膜電極接合体２２を構成する電解質膜は特に限定されず、水電解によって酸素と水素を発生するものであれば、いずれも使用できる。膜電極接合体２２は例えば固体電解質としてナフィオン膜、陽極としてイリジウム系触媒、陰極として白金系触媒が好ましい。
【0040】
酸素側気液分離器３０は電気分解前の原料水、具体的に任意の濃度の重水と、電解ユニット２０における電気分解で生成した電解ガス、具体的には酸素を貯留するタンクである。酸素側気液分離器３０は各種公知の分離器を使用できる。また酸素側気液分離器３０の代わりに原料水タンクと電解ガスタンクを夫々設けてもよい。
【0041】
水素側気液分離器３１は電解ユニット２０における電気分解で生じた濃縮水と、電気分解で生成した電解ガス、具体的には水素を貯留するタンクである。水素側気液分離器３１は各種公知の分離器を使用できる。また水素側気液分離器３１の代わりに濃縮水タンクと電解ガスタンクを夫々設けてもよい。
【0042】
酸素側原料水循環用ポンプ３２は原料水を電解ユニット２０の陽極室２１に供給する手段である。酸素側原料水循環用ポンプ３２は各種公知のポンプ等の供給手段を使用できる。
【0043】
酸素側気液分離器３０と水素側気液分離器３１には内部の電解ガスを電解ガス再結合装置１に供給するための陰極室側ガス供給管と陽極室側ガス供給管が設けられている。
図示例では電解ガス再結合装置１の手前で陰極室側ガス供給管と陽極室側ガス供給管を接続し（ガス誘導管結合Ｔ字管）、該ガス誘導管結合Ｔ字管と電解ガス再結合装置１とを電解ガス導入管４で接続している。なお、陰極室側ガス供給管と陽極室側ガス供給管は上記したように電解ガス再結合装置１に夫々接続してもよい（図６）。
図示例では電解ガス再結合装置１の手前で陰極室側ガス供給管と陽極室側ガス供給管を接続し（ガス誘導管結合Ｔ字管）、該ガス誘導管結合Ｔ字管と電解ガス再結合装置１とを電解ガス導入管４で接続している。なお、陰極室側ガス供給管と陽極室側ガス供給管は上記したように電解ガス再結合装置１に夫々接続してもよい（図６）。
【0044】
捕集ユニット３３は電解ガス再結合装置で生成された再結合物を捕集する手段である。捕集ユニット３３は上記機能を有していればよく、各種公知の捕集ユニットを使用できる。捕集ユニット３３としては例えばコールドトラップが好適である。捕集ユニット３３には排ガス管を設けて捕集ユニット３３から排ガスを適宜排出することが好ましい。
【0045】
窒素パージ用窒素ボンベ３４は、水電解型水素同位体分離装置内の雰囲気を窒素置換するための窒素ガスボンベである。水電解型水素同位体分離装置の運転前後に弁４１、４２、４３、４４を開閉して窒素ボンベ３４から窒素ガスを水電解型水素同位体分離装置内に供給することで系内のガスを排気して窒素置換できる。
【0046】
以下、本発明の水電解型水素同位体分離装置を用いた水電解型水素同位体の分離方法について、好適な一実施態様である図７（ａ）を参照しながら説明する。なお、本発明の水電解型水素同位体の分離方法は図示例の構成、および下記条件に限定されず、これらは適宜変更可能である。図７（ｂ）は電解ガスを予め混合せずに、電解ガス再結合装置１に供給する場合の系統図であり、電解ガスを予めＴ字管で混合せずにガス導入管４ａ、４ｂから別々に電解ガス再結合装置１に導入するように変更した以外は図７（ａ）と同じである。
【0047】
装置の運転開始前に弁４１、４２、４３、４４を開閉して窒素ボンベ３４から窒素ガスを供給し、系内のガスを排気して窒素置換することが好ましい。
また運転開始前に電解ガス再結合装置１に設けたヒーター１２をＯＮにして予め触媒の温度を所定の温度、例えば結露が生じない温度が好ましく、１０５℃程度まで予備加熱することが好ましい。なお、所定の予備加熱温度に達したらヒーター１２をＯＦＦにすることが好ましい。
またコールドトラップ３３の下流（出口側）の弁４２を開状態にして運転中は電解ガス再結合装置１内の圧力を大気圧に保持することが好ましい。なお、弁４２を開状態にして運転することで、操業中に問題が生じても装置内の電解ガスや再結合物は排ガスとして大気中に放出されるため、操業の安全性を高めることができる。
また運転開始前に電解ガス再結合装置１に設けたヒーター１２をＯＮにして予め触媒の温度を所定の温度、例えば結露が生じない温度が好ましく、１０５℃程度まで予備加熱することが好ましい。なお、所定の予備加熱温度に達したらヒーター１２をＯＦＦにすることが好ましい。
またコールドトラップ３３の下流（出口側）の弁４２を開状態にして運転中は電解ガス再結合装置１内の圧力を大気圧に保持することが好ましい。なお、弁４２を開状態にして運転することで、操業中に問題が生じても装置内の電解ガスや再結合物は排ガスとして大気中に放出されるため、操業の安全性を高めることができる。
【0048】
酸素側気液分離器３０内に予め任意の濃度に調整した重水（以下、原料水）が供給されており、ポンプ３２を稼働すると、酸素側気液分離器３０内に貯留している原料水が電解ユニット２０の陽極室２１に供給される。
電解ユニット２０に直流電流を流すと陽極室２２内の原料重水が電解されて酸素気泡が発生すると共に、陰極室２３には重水素を含む水素と膜電極接合体２２を透過するプロトンが同伴する重水が流入する。
電気分解により発生した陽極室２１の酸素ガスは酸素側気液分離器３０に送られ、発生した陰極室２３の重水素濃度が高い高濃度重水と、重水素濃度が低い電解ガス（水素）とは水素側気液分離器３１に送られる。
酸素側気液分離器３０内の酸素、及び水素側気液分離器３１内の重水素を含む水素は、電解ガス再結合装置１の手前のＴ字管で混合され、導入管４を介して電解ガス再結合装置１に送られる。
混合ガスは電解ガス再結合装置１内で触媒と接触すると再結合して重水を含む水蒸気となり、排出管８から排出されてコールドトラップ３３で液化回収される。
電解ユニット２０に直流電流を流すと陽極室２２内の原料重水が電解されて酸素気泡が発生すると共に、陰極室２３には重水素を含む水素と膜電極接合体２２を透過するプロトンが同伴する重水が流入する。
電気分解により発生した陽極室２１の酸素ガスは酸素側気液分離器３０に送られ、発生した陰極室２３の重水素濃度が高い高濃度重水と、重水素濃度が低い電解ガス（水素）とは水素側気液分離器３１に送られる。
酸素側気液分離器３０内の酸素、及び水素側気液分離器３１内の重水素を含む水素は、電解ガス再結合装置１の手前のＴ字管で混合され、導入管４を介して電解ガス再結合装置１に送られる。
混合ガスは電解ガス再結合装置１内で触媒と接触すると再結合して重水を含む水蒸気となり、排出管８から排出されてコールドトラップ３３で液化回収される。
【0049】
本発明の電解ガス再結合装置１を用いると、燃焼熱は外部に放出できるため燃焼触媒は過熱することがない。なお、運転中の触媒の温度は１１０℃以上、２００℃以下に維持されることが望ましい。触媒温度が低過ぎると燃焼によって生じた再結合物（液体）が触媒を覆ってしまい、再結合反応を阻害することがある。また触媒温度が高すぎると電解ガス再結合装置に用いているシール材料が劣化する恐れがある。触媒温度は例えば必要に応じて電解ガス再結合装置１に空冷ファン１１を設けてＯＮ／ＯＦＦを制御して温度調整することが望ましい。
電気分解を継続すると酸素側気液分離器３０内の原料水量が減少し、水素側気液分離器３１内の濃縮重水量が増大するので、例えば弁４０を開くことにより、水素側気液分離器３１内の濃縮重水を酸素側気液分離器３０に戻すことができ、当初の原料重水よりも高濃度の重水を原料として再電解できる。またコールドトラップ３３で回収される重水素の重水濃度は、原料重水の重水濃度より低いが原料タンクに戻し、再電解を繰り返すことで高濃度の重水を回収できる。
運転終了後、弁４１、４２、４３、４４を開閉して窒素ボンベ３４から窒素ガスを供給し、系内のガスを排気して窒素置換することが好ましい。
電気分解を継続すると酸素側気液分離器３０内の原料水量が減少し、水素側気液分離器３１内の濃縮重水量が増大するので、例えば弁４０を開くことにより、水素側気液分離器３１内の濃縮重水を酸素側気液分離器３０に戻すことができ、当初の原料重水よりも高濃度の重水を原料として再電解できる。またコールドトラップ３３で回収される重水素の重水濃度は、原料重水の重水濃度より低いが原料タンクに戻し、再電解を繰り返すことで高濃度の重水を回収できる。
運転終了後、弁４１、４２、４３、４４を開閉して窒素ボンベ３４から窒素ガスを供給し、系内のガスを排気して窒素置換することが好ましい。
【実施例0050】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0051】
図１の電解ガス再結合装置１を備えた図７（ａ）に示す水素同位体分離装置を用いて重水濃縮を行った。
電解ユニット２０は電極面積２５ｃｍ2のセルを４セル積層したスタックとした。陽極にはインジウム系触媒、陰極には白金系触媒、電解質膜にはＮａｆｉｏｎ膜、フロープレートにはチタンを使用した。また冷却水を循環させてセル温度が約２５℃となるようにした。電極の総面積は１００ｃｍ２とした。
電解ガス再結合装置１は、燃焼触媒（触媒層の面積６４ｃｍ２）として白金微粒子を用いた。白金微粒子をカーボンペーパーに担持（白金担持量０．５ｍｇ／ｃｍ２）させた燃焼触媒層３を、伝熱板９（無酸素銅）、放熱フィン１０（無酸素銅）、及び空冷ファン１１で構成されるヒートシンクの伝熱板９に取り付けた。また燃焼触媒層３はフランジ２（ＳＵＳ材）の蛇行型リブ溝が形成された面と伝熱板９とで挟持し、伝熱板９とフランジ２とをネジ止めして燃焼触媒層３を伝熱板９に密着させた。上記ヒートシンクの熱抵抗は０．１Ｗ／℃以下であった。伝熱板９の中心部温度を熱電対で検知し、１２０℃を保つように空冷ファン１１は伝熱板９の温度が１２５℃でＯＮ、１２０℃でＯＦＦとなるよう設定した。
コールドトラップ３３には氷水を入れて０℃とした。
電解ユニット２０は電極面積２５ｃｍ2のセルを４セル積層したスタックとした。陽極にはインジウム系触媒、陰極には白金系触媒、電解質膜にはＮａｆｉｏｎ膜、フロープレートにはチタンを使用した。また冷却水を循環させてセル温度が約２５℃となるようにした。電極の総面積は１００ｃｍ２とした。
電解ガス再結合装置１は、燃焼触媒（触媒層の面積６４ｃｍ２）として白金微粒子を用いた。白金微粒子をカーボンペーパーに担持（白金担持量０．５ｍｇ／ｃｍ２）させた燃焼触媒層３を、伝熱板９（無酸素銅）、放熱フィン１０（無酸素銅）、及び空冷ファン１１で構成されるヒートシンクの伝熱板９に取り付けた。また燃焼触媒層３はフランジ２（ＳＵＳ材）の蛇行型リブ溝が形成された面と伝熱板９とで挟持し、伝熱板９とフランジ２とをネジ止めして燃焼触媒層３を伝熱板９に密着させた。上記ヒートシンクの熱抵抗は０．１Ｗ／℃以下であった。伝熱板９の中心部温度を熱電対で検知し、１２０℃を保つように空冷ファン１１は伝熱板９の温度が１２５℃でＯＮ、１２０℃でＯＦＦとなるよう設定した。
コールドトラップ３３には氷水を入れて０℃とした。
【0052】
上記のような構成を有する水素同位体分離装置を用いて、重水濃度９６％の重水２Ｌを原料重水として酸素側気液分離器２０に入れて重水濃縮を行った。
まず、弁４１、４２、４３、４４を開状態として水素同位体分離装置内を窒素パージした後、弁４１、４３、４４は閉じたが、弁４２は開放状態のまま運転を開始した。
図１に示す電解ガス再結合装置１のフランジ２に取り付けたヒーター１２をＯＮとして伝熱板９の温度が１０５℃に達したらヒーターをＯＦＦにした。
まず、弁４１、４２、４３、４４を開状態として水素同位体分離装置内を窒素パージした後、弁４１、４３、４４は閉じたが、弁４２は開放状態のまま運転を開始した。
図１に示す電解ガス再結合装置１のフランジ２に取り付けたヒーター１２をＯＮとして伝熱板９の温度が１０５℃に達したらヒーターをＯＦＦにした。
【0053】
酸素側気液分離器３０内の原料水はポンプ３２により５０ｍＬ／分で陽極室２１に供給した。電解ユニット２０に電流５０Ａを流して電気分解を行って電解ガスを生成した。
電解ユニット２０で発生した酸素と、水素同位体を含む水素は、電解ガス再結合装置１の手前のＴ字管で混合してからフランジ２の混合ガス導入孔５からフランジ２の蛇行型リブ溝６に供給され、リブ溝内を流通する過程で触媒と接触して反応して再結合し、水蒸気となって水蒸気排出孔７から排出され、コールドトラップ３３で液化されて回収された。また水蒸気と共に排出された未反応の電解ガスは弁４２から排出された。
なお、水素側気液分離器３１内の濃縮水は、この分離機内に設置した液面計により弁を自動的に開閉して酸素側気液分離器３０に戻した。
電解ユニット２０で発生した酸素と、水素同位体を含む水素は、電解ガス再結合装置１の手前のＴ字管で混合してからフランジ２の混合ガス導入孔５からフランジ２の蛇行型リブ溝６に供給され、リブ溝内を流通する過程で触媒と接触して反応して再結合し、水蒸気となって水蒸気排出孔７から排出され、コールドトラップ３３で液化されて回収された。また水蒸気と共に排出された未反応の電解ガスは弁４２から排出された。
なお、水素側気液分離器３１内の濃縮水は、この分離機内に設置した液面計により弁を自動的に開閉して酸素側気液分離器３０に戻した。
【0054】
上記装置の定格電解電流値を５０Ａとし、５０Ａの電流を１６時間流して重水の濃縮を行った。その結果、９６％重水を９９．７％まで濃縮できた。また運転中の電解ガス再結合装置１の伝熱板温度は、１１８～１２６℃の範囲に保たれており、燃焼熱を安定して外部に放出できたため触媒の過熱を防止できた。本実験では極めて高い燃焼率（９９％）を達成できた。
【0055】
実験の結果、本発明の水電解型水素同位体分離装置によれば、従来のように不活性ガスを循環させる必要がないため装置構成が簡易であり、しかも電解ガス再結合装置内に設置した触媒が過熱することがないため安全に運転でき、且つ高い燃焼率が得られた。
【0056】
燃焼率は、測定した排ガス流量を用いて算出した。弁４２の下流に排出ガスを水中で捕集し体積を測定する積算流量計を設置し、排ガス流量を測定した。
電流０．５Ａを電解ユニット２０に供給し、系内の窒素ガスを排出した後、電流を５０Ａに増やして排ガス流量を測定した。電流供給開始から経時の排ガス流量を測定した結果、以下の通りであった。
電解セルに０．５Ａを流し始めると、１分後の排ガス流量は１００ｍＬ／分、３分後６０ｍＬ／分、１０分後１０ｍＬ／分、２０分後１ｍＬ／分、３０分後０．５ｍＬ／分と排ガス流量は時間と共に急激に低下した。しかし、更に時間をかけても排出ガス流量は０にはならず、一定値に落ち着いた。
電流０．５Ａを電解ユニット２０に供給し、系内の窒素ガスを排出した後、電流を５０Ａに増やして排ガス流量を測定した。電流供給開始から経時の排ガス流量を測定した結果、以下の通りであった。
電解セルに０．５Ａを流し始めると、１分後の排ガス流量は１００ｍＬ／分、３分後６０ｍＬ／分、１０分後１０ｍＬ／分、２０分後１ｍＬ／分、３０分後０．５ｍＬ／分と排ガス流量は時間と共に急激に低下した。しかし、更に時間をかけても排出ガス流量は０にはならず、一定値に落ち着いた。
【0057】
電流を流し始める際の大きな排出ガス流量は、装置内の窒素が電解ガスによって押し出されるのが原因である。この現象は、窒素ガスパージ後、最初に電流を流し始める際にだけ現れた。
【0058】
電解ガスが触媒燃焼器で完全燃焼すると、排ガス流量は０になるはずである。試験開始後３０分以上経過しても検知される排出ガスは、未反応の電解ガスである。
【0059】
電流５０Ａで１６時間運転した後、電流の供給を止めて運転を停止した。運転停止３０秒後に各弁を開いて窒素ボンベ３４から窒素を供給して窒素パージを行い、装置内の電解ガスを追い出し、装置内を窒素で充満させてから全ての弁を閉じて試験を終了した。
【0060】
図８は運転開始後、電解電流を５Ａから徐々に５０Ａまで徐々に増加させた場合の燃焼率と電解電流の関係を示すグラフである。電解電流を徐々に増加させると運転開始に現れる多量の排ガスを排除できる。またこの図からも明らかなように電解電流５０Ａでの燃焼率は９９％であり、極めて高い燃焼率を示した。
【符号の説明】
【0061】
１ 電解ガス再結合装置
２、２ａ フランジ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ 燃焼触媒層
４、４ａ、４ｂ 電解ガス導入管
５ 電解ガス導入孔
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ リブ溝
７ 水蒸気排出孔
８ 水蒸気排出管
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９－１、９－２、９－３、９－４ 伝熱板
１０ 放熱フィン
１１ 空冷ファン
１２ ヒーター
１３ 冷媒管
１４ ボルト
１４ａ ボルト穴
１５ シール部材
１６ 高熱伝導性多孔体
１７ ガスケット
１８ スペーサー
１９、１９ａ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ ガス流路
１９ｂ、１９ｈ 水蒸気流路
２０ 電解ユニット
２１ 陽極室
２２ 膜電極接合体
２３ 陰極室
２４ ガス混合室
２５ 整流板
２６ 前段燃焼室
２６ａ 突起状物
２７ 後段燃焼室（蛇行型溝）
３０ 酸素側気液分離器、
３１ 水素側気液分離器、
３２ ポンプ
３３ 捕集ユニット
３４ 窒素ボンベ
４０、４１、４２、４３、４４ 弁（バルブ）
２、２ａ フランジ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ 燃焼触媒層
４、４ａ、４ｂ 電解ガス導入管
５ 電解ガス導入孔
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ リブ溝
７ 水蒸気排出孔
８ 水蒸気排出管
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９－１、９－２、９－３、９－４ 伝熱板
１０ 放熱フィン
１１ 空冷ファン
１２ ヒーター
１３ 冷媒管
１４ ボルト
１４ａ ボルト穴
１５ シール部材
１６ 高熱伝導性多孔体
１７ ガスケット
１８ スペーサー
１９、１９ａ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ ガス流路
１９ｂ、１９ｈ 水蒸気流路
２０ 電解ユニット
２１ 陽極室
２２ 膜電極接合体
２３ 陰極室
２４ ガス混合室
２５ 整流板
２６ 前段燃焼室
２６ａ 突起状物
２７ 後段燃焼室（蛇行型溝）
３０ 酸素側気液分離器、
３１ 水素側気液分離器、
３２ ポンプ
３３ 捕集ユニット
３４ 窒素ボンベ
４０、４１、４２、４３、４４ 弁（バルブ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
