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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】P2024093948
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】重水高濃縮液の製造方法、および製造装置
(51)【国際特許分類】
B01D 59/40 20060101AFI20240702BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
B01D59/40
C25B1/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210613
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】323001683
【氏名又は名称】アサヒプリテック株式会社
(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
(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
(72)【発明者】
【氏名】吉田 将喜
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021DB05
4K021DB43
4K021DB53
4K021DC01
4K021DC03
(57)【要約】
【課題】原料水からより多くの重水高濃縮液をエネルギー効率よく製造できる技術、および／または重水高濃縮液の回収率を向上できる技術を提供すること。
【解決手段】本発明の重水高濃縮液の製造方法は、以下の工程を有する。
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
【選択図】図１
【解決手段】本発明の重水高濃縮液の製造方法は、以下の工程を有する。
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の工程を有する重水高濃縮液の製造方法。
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
【請求項2】
前記（１－４）再結合水電解工程の前記（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを１回以上行うものである請求項１に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【請求項3】
（１－１）電解工程の繰り返しにおいて、電解して得られた重水濃縮水を間欠的に前記（１－１）電解工程に電解用水として供給する請求項１に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【請求項4】
（２－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（２－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
とを有する重水高濃縮液の製造方法であって、前記製造方法は以下の工程を有する。
（２－３） 前記重水濃縮水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成させる重水濃縮水第１電解工程、
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いた工程［（２－４）（２－５）］と、再結合水を用いた工程（２－６）はいずれを先に行ってもよく、
工程［（２－４）（２－５）］を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－４）、（２－５）、（２－６）の順で行う；
前記工程（２－６）を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－６）、（２－４）、（２－５）の順で行う；
（２－４） 前記（２－３）で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて最終目標重水濃度に達するまで前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す重水濃縮水第２電解工程、
（２－５） 前記（２－４）重水濃縮水第２電解工程で生成した最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を重水高濃縮液として系外に抜き出す工程と、再結合水を抜き出す工程、
（２－６） 前記（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、生成した所定の重水濃度の重水濃縮水を系外に抜き出す重水濃縮水第３電解工程、
（２－７） 前記（２－５）で抜き出した再結合水と、前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程で抜き出した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を１回以上行う繰り返し工程
（２－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
とを有する重水高濃縮液の製造方法であって、前記製造方法は以下の工程を有する。
（２－３） 前記重水濃縮水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成させる重水濃縮水第１電解工程、
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いた工程［（２－４）（２－５）］と、再結合水を用いた工程（２－６）はいずれを先に行ってもよく、
工程［（２－４）（２－５）］を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－４）、（２－５）、（２－６）の順で行う；
前記工程（２－６）を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－６）、（２－４）、（２－５）の順で行う；
（２－４） 前記（２－３）で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて最終目標重水濃度に達するまで前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す重水濃縮水第２電解工程、
（２－５） 前記（２－４）重水濃縮水第２電解工程で生成した最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を重水高濃縮液として系外に抜き出す工程と、再結合水を抜き出す工程、
（２－６） 前記（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、生成した所定の重水濃度の重水濃縮水を系外に抜き出す重水濃縮水第３電解工程、
（２－７） 前記（２－５）で抜き出した再結合水と、前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程で抜き出した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を１回以上行う繰り返し工程
【請求項5】
（２－８） 前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程の前記（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程とを繰り返して生成させた所定の重水濃度の重水濃縮水を含む電解用水を用いて前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を行うものである請求項４に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【請求項6】
（２－９） 前記（２－８）で行う前記（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程とを繰り返して生成させた所定の重水濃度の重水濃縮水を含む電解用水を用いて前記（２－３）以降の各工程を行うものである請求項５に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【請求項7】
前記（２－１）電解工程の繰り返しにおいて、電解して得られた重水濃縮水を間欠的に前記（２－１）電解工程の電解用水として供給する請求項４～６のいずれか１項に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【請求項8】
重水高濃縮液の製造装置であって、
電解用水を電解する電解セル、
前記電解セルに前記電解用水を供給する電解前槽、
前記電解セルで濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽、
前記電解セルで生成した酸素ガスと水素ガスを再結合して再結合水を得る再結合器、
前記再結合水を保管する再結合水槽を有し、
前記電解後槽は前記重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記再結合水槽は、前記再結合水を供給するように前記電解前槽と接続されている重水高濃縮液の製造装置。
電解用水を電解する電解セル、
前記電解セルに前記電解用水を供給する電解前槽、
前記電解セルで濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽、
前記電解セルで生成した酸素ガスと水素ガスを再結合して再結合水を得る再結合器、
前記再結合水を保管する再結合水槽を有し、
前記電解後槽は前記重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記再結合水槽は、前記再結合水を供給するように前記電解前槽と接続されている重水高濃縮液の製造装置。
【請求項9】
更に前記再結合器で生成した再結合水を一時保管する再結合水一時保管槽、および／または前記電解後槽の重水濃縮水を一時保管する重水濃縮水一時保管槽を有し、
前記再結合水一時保管槽は、一時保管された再結合水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記重水濃縮水一時保管槽は、一時保管された重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されている請求項８に記載の重水高濃縮液の製造装置。
前記再結合水一時保管槽は、一時保管された再結合水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記重水濃縮水一時保管槽は、一時保管された重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されている請求項８に記載の重水高濃縮液の製造装置。
【請求項10】
前記製造装置は更に原料水槽を有し、前記原料水槽は、前記電解後槽、前記再結合水槽、および前記電解前槽に接続されている請求項９に記載の重水高濃縮液の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は重水高濃縮液の製造方法、および製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
重水は、質量数の大きい同位体の水分子を多く含み、通常の水よりも比重の大きな水であり、例えば重水素や三重水素などの水素の同位体を含む。従来から重水は原子炉の減速材や冷却材として使用されているが、他にもＮＭＲなどの解析技術における重溶媒（重水素化溶媒）など、様々な用途で使用されている。
重水製造技術として交換反応法、電解法、蒸留法、二重温度交換法などが知られている。重水製造技術のうち、電解法は重水の電気分解速度が通常の水（Ｈ２Ｏ）よりも遅いという性質を利用して重水を含む原料水から重水を濃縮、分離して製造している。
重水製造技術として交換反応法、電解法、蒸留法、二重温度交換法などが知られている。重水製造技術のうち、電解法は重水の電気分解速度が通常の水（Ｈ２Ｏ）よりも遅いという性質を利用して重水を含む原料水から重水を濃縮、分離して製造している。
【0003】
電解法を利用した重水の濃縮方法として、例えば特許文献１には原料水を電解装置の陰極側、陽極側に夫々連通している試料容器に供給して電解すると共に、電解によって生成された水素ガス、及び酸素ガスを夫々の試料容器を介して系外に排出する技術が開示されている。
また特許文献２にはアルカリ水濃度と原料水量が一定となるように循環槽にアルカリ水と原料水を常時供給しながら電解を行い、電解で生成した電解液を循環槽に循環させると共に、発生した酸素ガスと水素ガスを夫々系外に排気する技術が開示されている。
また特許文献２にはアルカリ水濃度と原料水量が一定となるように循環槽にアルカリ水と原料水を常時供給しながら電解を行い、電解で生成した電解液を循環槽に循環させると共に、発生した酸素ガスと水素ガスを夫々系外に排気する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１０－１６７７０２号公報
【特許文献2】特開２０１５－２９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者らが検討した結果、従来技術の方法では、原料水から製造される目標濃度を有する重水高濃縮液量（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）が少なかったり、エネルギー効率が悪いなどの問題があった。
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、原料水からより多くの重水高濃縮液をエネルギー効率よく製造できる技術、および／または重水高濃縮液の回収率（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）を向上できる技術を提供することにある。
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、原料水からより多くの重水高濃縮液をエネルギー効率よく製造できる技術、および／または重水高濃縮液の回収率（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）を向上できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
［１］ 以下の工程を有する重水高濃縮液の製造方法。
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
（１－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（１－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
（１－３） 前記重水濃縮水を用いて目標重水濃度に達するまで前記（１－１）電解工程と前記（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、前記目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して前記重水高濃縮液とする重水濃縮水電解工程、
（１－４） 前記重水高濃縮液を抜き出した後、前記再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを行う再結合水電解工程
【0007】
［２］ 前記（１－４）再結合水電解工程の前記（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて前記（１－１）電解工程、前記（１－２）電解ガス再結合工程、前記（１－３）重水濃縮水電解工程とを１回以上行うものである［１］に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【0008】
［３］ （１－１）電解工程の繰り返しにおいて、電解して得られた重水濃縮水を間欠的に前記（１－１）電解工程に電解用水として供給する［１］または［２］に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【0009】
［４］ （２－１） 電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する電解工程、
（２－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
とを有する重水高濃縮液の製造方法であって、前記製造方法は以下の工程を有する。
（２－３） 前記重水濃縮水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成させる重水濃縮水第１電解工程、
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いた工程［（２－４）（２－５）］と、再結合水を用いた工程（２－６）はいずれを先に行ってもよく、
工程［（２－４）（２－５）］を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－４）、（２－５）、（２－６）の順で行う；
前記工程（２－６）を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－６）、（２－４）、（２－５）の順で行う；
（２－４） 最終目標重水濃度に達するまで前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す重水濃縮水第２電解工程、
（２－５） 前記（２－４）重水濃縮水第２電解工程で生成した最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を重水高濃縮液として系外に抜き出す工程と、再結合水を抜き出す工程、
（２－６） 前記（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、生成した所定の重水濃度の重水濃縮水を抜き出す重水濃縮水第３電解工程、
（２－７）前記（２－５）で抜き出した再結合水と、前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程で抜き出した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を１回以上行う繰り返し工程、
（２－２） 前記酸素ガスと前記水素ガスを再結合させて再結合水を生成する電解ガス再結合工程、
とを有する重水高濃縮液の製造方法であって、前記製造方法は以下の工程を有する。
（２－３） 前記重水濃縮水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成させる重水濃縮水第１電解工程、
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いた工程［（２－４）（２－５）］と、再結合水を用いた工程（２－６）はいずれを先に行ってもよく、
工程［（２－４）（２－５）］を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－４）、（２－５）、（２－６）の順で行う；
前記工程（２－６）を先に行う場合は、前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出した後、工程（２－６）、（２－４）、（２－５）の順で行う；
（２－４） 最終目標重水濃度に達するまで前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す重水濃縮水第２電解工程、
（２－５） 前記（２－４）重水濃縮水第２電解工程で生成した最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を重水高濃縮液として系外に抜き出す工程と、再結合水を抜き出す工程、
（２－６） 前記（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、生成した所定の重水濃度の重水濃縮水を抜き出す重水濃縮水第３電解工程、
（２－７）前記（２－５）で抜き出した再結合水と、前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程で抜き出した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を１回以上行う繰り返し工程、
【0010】
［５］ （２－８） 前記（２－６）重水濃縮水第３電解工程の前記（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程とを繰り返して生成させた所定の重水濃度の重水濃縮水を含む電解用水を用いて前記（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を行うものである［４］に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【0011】
［６］ （２－９） 前記（２－８）で行う前記（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として前記（２－１）電解工程と前記（２－２）電解ガス再結合工程とを繰り返して生成させた所定の重水濃度の重水濃縮水を含む電解用水を用いて前記（２－３）以降の各工程を行うものである［５］に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【0012】
［７］ 前記（２－１）電解工程の繰り返しにおいて、電解して得られた重水濃縮水を間欠的に前記（２－１）電解工程の電解用水として供給する［４］～［６］に記載の重水高濃縮液の製造方法。
【0013】
［８］ 重水高濃縮液の製造装置であって、
電解用水を電解する電解セル、
前記電解セルに前記電解用水を供給する電解前槽、
前記電解セルで濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽、
前記電解セルで生成した酸素ガスと水素ガスを再結合して再結合水を得る再結合器、
前記再結合水を保管する再結合水槽を有し、
前記電解後槽は前記重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記再結合水槽は、前記再結合水を供給するように前記電解前槽と接続されている重水高濃縮液の製造装置。
電解用水を電解する電解セル、
前記電解セルに前記電解用水を供給する電解前槽、
前記電解セルで濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽、
前記電解セルで生成した酸素ガスと水素ガスを再結合して再結合水を得る再結合器、
前記再結合水を保管する再結合水槽を有し、
前記電解後槽は前記重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記再結合水槽は、前記再結合水を供給するように前記電解前槽と接続されている重水高濃縮液の製造装置。
【0014】
［９］ 更に前記再結合器で生成した再結合水を一時保管する再結合水一時保管槽、および／または前記電解後槽の重水濃縮水を一時保管する重水濃縮水一時保管槽を有し、
前記再結合水一時保管槽は、一時保管された再結合水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記重水濃縮水一時保管槽は、一時保管された重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されている［８］に記載の重水高濃縮液の製造装置。
前記再結合水一時保管槽は、一時保管された再結合水を前記電解前槽に供給するように接続されており、
前記重水濃縮水一時保管槽は、一時保管された重水濃縮水を前記電解前槽に供給するように接続されている［８］に記載の重水高濃縮液の製造装置。
【0015】
［１０］ 前記製造装置は更に原料水槽を有し、前記原料水槽は、前記電解後槽、前記再結合水槽、および前記電解前槽に接続されている［９］に記載の重水高濃縮液の製造装置。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、原料水からより多くの重水高濃縮液をエネルギー効率よく製造する技術、および／または重水高濃縮液の回収率（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）を向上する技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明者らが検討した結果、原料水を電解して得られる重水濃縮水を繰り返し電解するだけでなく、電解により生成する酸素ガスと水素ガスを再結合させて得られた再結合水を電解用水として電解する工程を適切に組み合わせることにより、原料水からより多くの重水高濃縮液をエネルギー効率よく製造できることを見出し、本発明に至った。
また所定の濃度を有する重水濃縮水と再結合水を原料水と混合して得られた混合水を電解用水として電解すると、重水高濃縮液の回収率（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）を向上できることを見出した。
また所定の濃度を有する重水濃縮水と再結合水を原料水と混合して得られた混合水を電解用水として電解すると、重水高濃縮液の回収率（原料水１Ｌに対する重水高濃縮液量）を向上できることを見出した。
【0019】
第１の実施形態（以下、再結合水再電解法ということがある。）
図１に基づいて第１の実施形態による重水高濃縮液の製造方法を説明するが、本発明の製造方法は図示例、及び以下の説明に限定されず、適宜変更可能である。
図１は重水高濃縮液の製造装置であって、電解用水を電解する電解セル１、電解セル１に電解用水を供給する電解前槽２、電解セル１で濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽３、触媒等の手段で水素と酸素を再結合させる再結合器４、再結合させて得られた水蒸気を凝縮させて再結合水とするチラー５、再結合水を貯える再結合水槽６を有する。これら各ユニットは接続ラインで接続されており、例えば電解後槽３は重水濃縮水を電解前槽２に供給するように接続ライン２７で接続されており、再結合水槽６は再結合水を電解前槽２に供給するように接続ライン３１で接続されている。
図１に基づいて第１の実施形態による重水高濃縮液の製造方法を説明するが、本発明の製造方法は図示例、及び以下の説明に限定されず、適宜変更可能である。
図１は重水高濃縮液の製造装置であって、電解用水を電解する電解セル１、電解セル１に電解用水を供給する電解前槽２、電解セル１で濃縮された重水濃縮水を保管する電解後槽３、触媒等の手段で水素と酸素を再結合させる再結合器４、再結合させて得られた水蒸気を凝縮させて再結合水とするチラー５、再結合水を貯える再結合水槽６を有する。これら各ユニットは接続ラインで接続されており、例えば電解後槽３は重水濃縮水を電解前槽２に供給するように接続ライン２７で接続されており、再結合水槽６は再結合水を電解前槽２に供給するように接続ライン３１で接続されている。
【0020】
電解用水
本発明において電解用水とは電解セル１で電解処理される液体である。本発明では電解前槽２に貯留されている電解処理前の原料水、重水濃縮水、再結合水、混合水などを電解用水ということがある。
原料水は電解に用いられる原料であり、好ましくは重水を含む純水である。純水は電気抵抗率が好ましくは０．１～１５ＭΩ・ｃｍであるが、１５ＭΩ・ｃｍ超でもよい。原料水に含まれる重水の濃度は限定されず、任意の濃度に調整した重水を原料水とすることも好ましい。
電解促進のため原料水にイオン性物質などの添加剤を添加してもよいが、添加剤なしでも電解促進できる電解セルを用いて添加剤を含まない原料水を用いることが好ましい。
本発明において電解用水とは電解セル１で電解処理される液体である。本発明では電解前槽２に貯留されている電解処理前の原料水、重水濃縮水、再結合水、混合水などを電解用水ということがある。
原料水は電解に用いられる原料であり、好ましくは重水を含む純水である。純水は電気抵抗率が好ましくは０．１～１５ＭΩ・ｃｍであるが、１５ＭΩ・ｃｍ超でもよい。原料水に含まれる重水の濃度は限定されず、任意の濃度に調整した重水を原料水とすることも好ましい。
電解促進のため原料水にイオン性物質などの添加剤を添加してもよいが、添加剤なしでも電解促進できる電解セルを用いて添加剤を含まない原料水を用いることが好ましい。
【0021】
（１－１）電解工程
電解工程は、電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する工程である。重水濃縮水は電解により重水濃度が高くなった電解処理水である。
図３は、電解工程（１－１）で電解により重水濃度が高くなる実測データを示す。横軸の電解率は初期電解水量が電解された割合を示している。
図１では弁１６を開放して原料水槽１４に貯留されている原料水の一部または全量を電解用水の貯留槽である電解前槽２（以下、アノード槽ということがある）に所定量供給してから弁１６を閉止する。なお、弁の設置は任意であり、液の供給をコントロールする公知の手段を採用できる。例えば原料水槽１４に空気弁などを設けて液の供給をコントロールしてもよく、このような場合、弁１６を設けなくても供給量を調整できる。以下、特に記載しないが、図示例の各弁はいずれも設置は任意であり、液の供給をコントロールする公知の手段によって代替してもよい。
電解中は必要により設けた送液手段であるポンプ９を稼働させて電解前槽２から電解セル１のアノード室１ａに電解用水を供給すると共に、電解セル１に図示しない電源から電流を流して電解処理を行う。
電解工程は、電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する工程である。重水濃縮水は電解により重水濃度が高くなった電解処理水である。
図３は、電解工程（１－１）で電解により重水濃度が高くなる実測データを示す。横軸の電解率は初期電解水量が電解された割合を示している。
図１では弁１６を開放して原料水槽１４に貯留されている原料水の一部または全量を電解用水の貯留槽である電解前槽２（以下、アノード槽ということがある）に所定量供給してから弁１６を閉止する。なお、弁の設置は任意であり、液の供給をコントロールする公知の手段を採用できる。例えば原料水槽１４に空気弁などを設けて液の供給をコントロールしてもよく、このような場合、弁１６を設けなくても供給量を調整できる。以下、特に記載しないが、図示例の各弁はいずれも設置は任意であり、液の供給をコントロールする公知の手段によって代替してもよい。
電解中は必要により設けた送液手段であるポンプ９を稼働させて電解前槽２から電解セル１のアノード室１ａに電解用水を供給すると共に、電解セル１に図示しない電源から電流を流して電解処理を行う。
【0022】
電解セル１は電気分解によって電解ガス（水素ガス、酸素ガス）と重水濃縮水とを生成する装置であり、各種公知の電解セルを使用できる。
例えば電解セル１は好ましくはアノード室１ａ、カソード室１ｂ、電解質膜１ｃを有する。電解セル１は電解質膜１ｃでアノード室１ａ、カソード室１ｂに分けられている。
電解質膜１ｃは水素イオン伝導性を有する電解質膜の両側にアノード電極１ｃ－１とカソード電極１ｃ－２が設けられた膜電極接合体であることが好ましく、各種公知の膜電極接合体を用いることができる。また電解質膜１ｃは電解用の各種公知の電解質膜を使用でき、例えばナフィオン膜、水酸化物イオン（ＯＨ-）伝導性を持つ電解質膜や原料水にイオン性物質を添加した多孔質膜などを用いることもできるがこれに限定されない。
アノード電極１ｃ－１、カソード電極１ｃ－２も各種公知の材料を使用でき、例えばアノード電極としてイリジウム系触媒、カソード電極として白金系触媒が例示される。
例えば電解セル１は好ましくはアノード室１ａ、カソード室１ｂ、電解質膜１ｃを有する。電解セル１は電解質膜１ｃでアノード室１ａ、カソード室１ｂに分けられている。
電解質膜１ｃは水素イオン伝導性を有する電解質膜の両側にアノード電極１ｃ－１とカソード電極１ｃ－２が設けられた膜電極接合体であることが好ましく、各種公知の膜電極接合体を用いることができる。また電解質膜１ｃは電解用の各種公知の電解質膜を使用でき、例えばナフィオン膜、水酸化物イオン（ＯＨ-）伝導性を持つ電解質膜や原料水にイオン性物質を添加した多孔質膜などを用いることもできるがこれに限定されない。
アノード電極１ｃ－１、カソード電極１ｃ－２も各種公知の材料を使用でき、例えばアノード電極としてイリジウム系触媒、カソード電極として白金系触媒が例示される。
【0023】
電解セル１に電流を流すと、アノード室１ａ内の電解用水が電解されて酸素ガスが発生すると共に、電解質膜１ｃを透過した水素イオンがカソード電極で還元されて水素ガスが発生し、水素イオンが同伴した電解用水がカソード室１ｂに流出しカソード水となる。
アノード室１ａ内の酸素ガスは接続ライン２２から電解前槽２を介して接続ライン２３を通って再結合器４に供給される。
なお、アノード室１ａから酸素ガスを再結合器４に供給する経路は任意に変更可能である。
アノード室１ａ内の酸素ガスは接続ライン２２から電解前槽２を介して接続ライン２３を通って再結合器４に供給される。
なお、アノード室１ａから酸素ガスを再結合器４に供給する経路は任意に変更可能である。
【0024】
カソード室１ｂ内の水素ガスは接続ライン２４を通って再結合器４に供給される。またカソード室１ｂ内のカソード水接続ライン２５を通ってカソード水の貯留槽である電解後槽３（以下、カソード槽ということがある）に貯留（以下、貯留されたカソード水を重水濃縮水ということがある）される。電解後槽３には必要に応じて接続ライン２６を設け、カソード水に随伴して電解後槽３内に導入された水素ガスを接続ライン２６を介して再結合器４に供給してもよい。カソード室１ｂから水素ガスを再結合器４に供給する経路は任意に変更可能である。
電解前槽２、電解後槽３は気液分離装置であることが好ましく、各種公知の気液分離装置を使用できる。
電解前槽２、電解後槽３は気液分離装置であることが好ましく、各種公知の気液分離装置を使用できる。
【0025】
（１－２）電解ガス再結合工程
電解ガス再結合工程は、（１－２）電解工程で生成された水素ガスと酸素ガスを再結合させて再結合水を生成する工程である。
図示例では酸素ガスと水素ガスを再結合させた再結合水を再結合水槽６に貯留している。再結合水を生成できる手段として、例えば水素ガスと酸素ガスの混合ガスの燃焼手段と、燃焼して得た水蒸気を凝縮する手段とを有することが好ましい。
図示例では、酸素ガスと水素ガスの混合ガスは再結合器４で燃焼されて水蒸気となり、続くチラー５で凝縮されて再結合水が得られる。
なお、水素ガスと酸素ガスの混合は、再結合器４内でも良いし再結合器４導入前でも良い。
再結合器４は触媒燃焼器など各種公知の再結合器を使用できる。触媒も特に限定されず、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、これらを含む合金など各種公知の再結合用触媒が例示される。
チラー５は水蒸気（再結合ガス）を液化できればよく、各種公知のチラーを使用できる。得られた再結合水には重水濃縮水よりも重水濃度は低いが重水が含まれている。
電解ガス再結合工程は、（１－２）電解工程で生成された水素ガスと酸素ガスを再結合させて再結合水を生成する工程である。
図示例では酸素ガスと水素ガスを再結合させた再結合水を再結合水槽６に貯留している。再結合水を生成できる手段として、例えば水素ガスと酸素ガスの混合ガスの燃焼手段と、燃焼して得た水蒸気を凝縮する手段とを有することが好ましい。
図示例では、酸素ガスと水素ガスの混合ガスは再結合器４で燃焼されて水蒸気となり、続くチラー５で凝縮されて再結合水が得られる。
なお、水素ガスと酸素ガスの混合は、再結合器４内でも良いし再結合器４導入前でも良い。
再結合器４は触媒燃焼器など各種公知の再結合器を使用できる。触媒も特に限定されず、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、これらを含む合金など各種公知の再結合用触媒が例示される。
チラー５は水蒸気（再結合ガス）を液化できればよく、各種公知のチラーを使用できる。得られた再結合水には重水濃縮水よりも重水濃度は低いが重水が含まれている。
【0026】
（１－３）重水濃縮水電解工程
重水濃縮水電解工程は（１－１）電解工程で生成した重水濃縮水を電解用水として目標重水濃度に達するまで（１－１）電解工程と（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して重水高濃縮液を得る工程である。
図示例では弁１０、１０ａを開放して電解後槽３内の重水濃縮水（カソード水）を接続ライン２７を介して電解前槽２に供給し、弁１０、１０ａを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として（１－１）電解工程、及び（１－２）電解ガス再結合工程を行う（電解処理ということがある）。
目標重水濃度に達するまで（１－１）電解工程と（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返すとは、電解後の重水濃縮水が目標重水濃度に達していなければ、該重水濃縮水を電解前槽２に供給して電解処理を再度行うことである。
重水濃縮水は電解処理を行うと、得られた重水濃縮水の重水濃度が高くなるため、電解処理を複数回繰り返すと目標重水濃度を有する重水濃縮水（以下、重水高濃縮液ということがある）が得られる。
目標重水濃度は重水の使用目的により適宜設定できるが、重水素化合物製造に使用する重水の場合、９５％～９９％である。
目標濃度に達した重水高濃縮液は例えば弁１０、１２を開放して接続ライン２８を介して電解後槽３から電解処理の系外である濃縮水槽７に移送される。
なお、（１－３）重水濃縮水電解工程では原料水槽１４から原料水を電解前槽２に追加供給しないことが好ましい。原料水は重水濃縮水よりも重水濃度が低いため重水濃縮水と混合すると重水濃度が低下してエネルギー効率が悪くなる。
原料水を電解開始時の電解用水とする上記（１－１）～（１－３）までの工程を第１電解処理ということがある。
重水濃縮水電解工程は（１－１）電解工程で生成した重水濃縮水を電解用水として目標重水濃度に達するまで（１－１）電解工程と（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して重水高濃縮液を得る工程である。
図示例では弁１０、１０ａを開放して電解後槽３内の重水濃縮水（カソード水）を接続ライン２７を介して電解前槽２に供給し、弁１０、１０ａを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として（１－１）電解工程、及び（１－２）電解ガス再結合工程を行う（電解処理ということがある）。
目標重水濃度に達するまで（１－１）電解工程と（１－２）電解ガス再結合工程を繰り返すとは、電解後の重水濃縮水が目標重水濃度に達していなければ、該重水濃縮水を電解前槽２に供給して電解処理を再度行うことである。
重水濃縮水は電解処理を行うと、得られた重水濃縮水の重水濃度が高くなるため、電解処理を複数回繰り返すと目標重水濃度を有する重水濃縮水（以下、重水高濃縮液ということがある）が得られる。
目標重水濃度は重水の使用目的により適宜設定できるが、重水素化合物製造に使用する重水の場合、９５％～９９％である。
目標濃度に達した重水高濃縮液は例えば弁１０、１２を開放して接続ライン２８を介して電解後槽３から電解処理の系外である濃縮水槽７に移送される。
なお、（１－３）重水濃縮水電解工程では原料水槽１４から原料水を電解前槽２に追加供給しないことが好ましい。原料水は重水濃縮水よりも重水濃度が低いため重水濃縮水と混合すると重水濃度が低下してエネルギー効率が悪くなる。
原料水を電解開始時の電解用水とする上記（１－１）～（１－３）までの工程を第１電解処理ということがある。
【0027】
（１－４）再結合水電解工程
再結合水電解工程は、（１－３）重水濃縮水電解工程で得られた重水高濃縮液を抜き出した後、（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として重水高濃縮液を製造する工程である（以下、第２電解処理ということがある）。
図示例では重水高濃縮液を濃縮水槽７に抜き出した後、弁１１を開放して再結合水槽６内の再結合水を接続ライン３１を介して電解前槽２に供給し、弁１１を閉止する。そして電解前槽２内に供給した再結合水を電解用水として（１－１）電解工程、（１－２）電解ガス再結合工程、（１－３）重水濃縮水電解工程を行う。
電解処理開始時の電解用水を原料水から再結合水に変更する以外は上記第１電解処理と同じであるため、（１－４）再結合水電解工程で行う（１－１）電解工程、（１－２）電解ガス再結合工程、（１－３）重水濃縮水電解工程の説明は省略する。
電解処理を複数回繰り返して得られた重水高濃縮液は上記の様に濃縮水槽７に移送される。
なお、（１－４）再結合水電解工程でも電解用水の重水濃度の変動を避けるため原料水槽１４からは原料水を電解前槽２に追加供給しないことが好ましい（以下、同じ）。
再結合水電解工程は、（１－３）重水濃縮水電解工程で得られた重水高濃縮液を抜き出した後、（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として重水高濃縮液を製造する工程である（以下、第２電解処理ということがある）。
図示例では重水高濃縮液を濃縮水槽７に抜き出した後、弁１１を開放して再結合水槽６内の再結合水を接続ライン３１を介して電解前槽２に供給し、弁１１を閉止する。そして電解前槽２内に供給した再結合水を電解用水として（１－１）電解工程、（１－２）電解ガス再結合工程、（１－３）重水濃縮水電解工程を行う。
電解処理開始時の電解用水を原料水から再結合水に変更する以外は上記第１電解処理と同じであるため、（１－４）再結合水電解工程で行う（１－１）電解工程、（１－２）電解ガス再結合工程、（１－３）重水濃縮水電解工程の説明は省略する。
電解処理を複数回繰り返して得られた重水高濃縮液は上記の様に濃縮水槽７に移送される。
なお、（１－４）再結合水電解工程でも電解用水の重水濃度の変動を避けるため原料水槽１４からは原料水を電解前槽２に追加供給しないことが好ましい（以下、同じ）。
【0028】
本発明では上記（１－４）再結合水電解工程を１回以上行うことも好ましい実施態様である。すなわち、（１－４）再結合水電解工程の（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解処理開始時の電解用水として（１－１）電解工程、（１－２）電解ガス再結合工程、（１－３）重水濃縮水電解工程とを１回以上行うことが好ましい。
（１－４）再結合水電解工程の（１－３）重水濃縮水電解工程で得られた重水濃縮水（重水高濃縮液）を抜き出した後、（１－４）再結合水電解工程の（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を上記のように再結合水槽６から電解前槽２に供給し、上記（１－４）再結合水電解工程と同じ工程を行うことで、再結合水から重水高濃縮液が得られる。
なお、再結合水の電解処理は１回であってもよいし、２回以上であってもよい。再結合水の電解処理回数が増えるほど重水高濃縮液の収量が増加する。
（１－４）再結合水電解工程の（１－３）重水濃縮水電解工程で得られた重水濃縮水（重水高濃縮液）を抜き出した後、（１－４）再結合水電解工程の（１－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を上記のように再結合水槽６から電解前槽２に供給し、上記（１－４）再結合水電解工程と同じ工程を行うことで、再結合水から重水高濃縮液が得られる。
なお、再結合水の電解処理は１回であってもよいし、２回以上であってもよい。再結合水の電解処理回数が増えるほど重水高濃縮液の収量が増加する。
【0029】
本発明では（１－１）電解工程の繰り返しにおいて電解して得られた重水濃縮水を電解用水として間欠的に（１－１）電解工程に供給することも好ましい実施形態である。（１－１）電解工程の繰り返しは例えば（１－３）重水濃縮液電解工程、および／または（１－４）再結合水電解工程において行われる。
図示例では電解して得られた電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給し、これを電解用水として（１－１）電解工程を繰り返すことで重水濃度を高めている。電解前槽２内の電解用水（アノード水）は、電解後槽３内の重水濃縮水（カソード水）よりも重水濃度が低いため両者を混合すると重水濃縮水（カソード水）の重水濃度が希釈される。アノード水が多いほど重水濃縮水の濃度低下が大きく、電解時間、消費電力のロスが生じてエネルギー効率が悪くなる。そのためアノード水が少ない時に電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水（カソード水）を間欠的に供給することが好ましい。アノード水量がカソード水量の３０％以下、より好ましくは５％以下の時にカソード水を電解前槽２に供給することが好ましい。
図示例では電解して得られた電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給し、これを電解用水として（１－１）電解工程を繰り返すことで重水濃度を高めている。電解前槽２内の電解用水（アノード水）は、電解後槽３内の重水濃縮水（カソード水）よりも重水濃度が低いため両者を混合すると重水濃縮水（カソード水）の重水濃度が希釈される。アノード水が多いほど重水濃縮水の濃度低下が大きく、電解時間、消費電力のロスが生じてエネルギー効率が悪くなる。そのためアノード水が少ない時に電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水（カソード水）を間欠的に供給することが好ましい。アノード水量がカソード水量の３０％以下、より好ましくは５％以下の時にカソード水を電解前槽２に供給することが好ましい。
【0030】
電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水を連続的に供給することもできるが、重水濃縮水の希釈を抑制する観点からは電解後槽３内の重水濃縮水は間欠的に電解前槽２に供給することが好ましい。
上記間欠的な供給方法として一定間隔、あるいは不定期間隔で電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給してもよい。重水濃縮水の供給間隔が長くなる程、電解前槽２内の電解用水残量も低減するため、重水濃縮水の重水濃度希釈を抑制できる。例えば電解前槽２内の電解用水量が所定量以下になってから重水濃縮水を電解前槽２に供給してもよい。
また供給方法として連続的な供給と間欠的な供給を組み合わせてもよい。少量の重水濃縮水、例えば電解セル１おける電解用水の電解膜通過速度の１／１０程度の供給速度で電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水を連続的に供給しつつ、所望の間隔でより多量の重水濃縮水を電解後槽３から電解前槽２に供給してもよい。
上記間欠的な供給方法として一定間隔、あるいは不定期間隔で電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給してもよい。重水濃縮水の供給間隔が長くなる程、電解前槽２内の電解用水残量も低減するため、重水濃縮水の重水濃度希釈を抑制できる。例えば電解前槽２内の電解用水量が所定量以下になってから重水濃縮水を電解前槽２に供給してもよい。
また供給方法として連続的な供給と間欠的な供給を組み合わせてもよい。少量の重水濃縮水、例えば電解セル１おける電解用水の電解膜通過速度の１／１０程度の供給速度で電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水を連続的に供給しつつ、所望の間隔でより多量の重水濃縮水を電解後槽３から電解前槽２に供給してもよい。
【0031】
重水高濃縮液の製造終了時期は特に限定されない。（１－４）再結合水電解工程を任意の回数行ってから重水高濃縮液の製造を終了してもよい。（１－４）再結合水電解工程を繰り返し行うと濃縮水槽７内の重水高濃縮液量は増加するが、生成する再結合水量は低下する。そのため再結合水槽６内の再結合水量が電解に必要な最低量を確保できなくなった時点で電解処理を終了してもよい。
重水高濃縮液の製造を終了する場合、再結合水槽６内の再結合水は弁１３を開放して希釈水槽８で回収することが好ましい。回収した再結合水の用途は限定されず、例えば原料水槽１４に供給して、他の原料水と混合してもよい。
上記第１の実施態様によれば、原料水からより多くの重水高濃縮液を製造できる。
重水高濃縮液の製造を終了する場合、再結合水槽６内の再結合水は弁１３を開放して希釈水槽８で回収することが好ましい。回収した再結合水の用途は限定されず、例えば原料水槽１４に供給して、他の原料水と混合してもよい。
上記第１の実施態様によれば、原料水からより多くの重水高濃縮液を製造できる。
【0032】
第２の実施形態（以下、原料水電解回収法ということがある）
以下、図２に基づいて第２の実施形態による重水高濃縮液の製造方を説明するが、本発明の重水製造方法は図示例、及び以下の説明に限定されず、適宜変更可能である。
なお、特段の言及がある場合を除いて図１と同じ名称を付している装置、構成については重複する説明を省略する。
図２の重水高濃縮液の製造装置は図１の装置構成に加えて、更に再結合器４とチラー５で生成した再結合水を一時保管する再結合水一時保管槽１５、および／または電解後槽３の重水濃縮水を一時保管する重水濃縮水一時保管槽７ａを有する。
再結合水一時保管槽１５を設ける場合は、一時保管された再結合水を電解前槽２に供給するように接続ライン３３で接続されており、弁１７、１８の開閉によって供給される。
また重水濃縮水一時保管槽７ａを設ける場合は、一時保管された重水濃縮水を電解前槽２に供給するように接続ライン２７で接続されており、弁１７ａ、１７ｂ、１０ａ、１０ｂの開閉によって供給される。
以下、図２に基づいて第２の実施形態による重水高濃縮液の製造方を説明するが、本発明の重水製造方法は図示例、及び以下の説明に限定されず、適宜変更可能である。
なお、特段の言及がある場合を除いて図１と同じ名称を付している装置、構成については重複する説明を省略する。
図２の重水高濃縮液の製造装置は図１の装置構成に加えて、更に再結合器４とチラー５で生成した再結合水を一時保管する再結合水一時保管槽１５、および／または電解後槽３の重水濃縮水を一時保管する重水濃縮水一時保管槽７ａを有する。
再結合水一時保管槽１５を設ける場合は、一時保管された再結合水を電解前槽２に供給するように接続ライン３３で接続されており、弁１７、１８の開閉によって供給される。
また重水濃縮水一時保管槽７ａを設ける場合は、一時保管された重水濃縮水を電解前槽２に供給するように接続ライン２７で接続されており、弁１７ａ、１７ｂ、１０ａ、１０ｂの開閉によって供給される。
【0033】
電解用水
電解用水は第１の実施形態と同じである。
電解用水は第１の実施形態と同じである。
【0034】
（２－１）電解工程
電解工程は、電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する工程である。
（２－１）電解工程は（１－１）電解工程と同じであるため説明を省略する。
電解工程は、電解用水を電解して酸素ガス、水素ガス、重水濃縮水とを生成する工程である。
（２－１）電解工程は（１－１）電解工程と同じであるため説明を省略する。
【0035】
（２－２）電解ガス再結合工程
電解ガス再結合工程は、電解用水を電解して生成された酸素ガスと水素ガスを再結合させて再結合水を生成する工程である。
（２－２）電解ガス再結合工程は（１－２）電解ガス再結合工程と同じであるため説明を省略する。
電解ガス再結合工程は、電解用水を電解して生成された酸素ガスと水素ガスを再結合させて再結合水を生成する工程である。
（２－２）電解ガス再結合工程は（１－２）電解ガス再結合工程と同じであるため説明を省略する。
【0036】
（２－３）重水濃縮水第１電解工程
重水濃縮水第１電解工程は（２－１）電解工程で生成した重水濃縮水を電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成する工程である。
図示例では、電解後槽３内の重水濃縮水を弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して接続ライン２７を介して電解前槽２に供給した後、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止すると共に、電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として（２－１）電解工程、及び（２－２）電解ガス再結合工程を行う電解処理を重水濃縮水の重水濃度が中間目標重水濃度に達するまで繰り返す。
中間目標重水濃度に達するまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返すとは、電解後の重水濃縮水が目標とする中間重水濃度に達していなければ、該重水濃縮水を電解前槽２に供給して電解処理を再度行うことである。
重水濃縮水第１電解工程は（２－１）電解工程で生成した重水濃縮水を電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水と、再結合水とを生成する工程である。
図示例では、電解後槽３内の重水濃縮水を弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して接続ライン２７を介して電解前槽２に供給した後、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止すると共に、電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として（２－１）電解工程、及び（２－２）電解ガス再結合工程を行う電解処理を重水濃縮水の重水濃度が中間目標重水濃度に達するまで繰り返す。
中間目標重水濃度に達するまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返すとは、電解後の重水濃縮水が目標とする中間重水濃度に達していなければ、該重水濃縮水を電解前槽２に供給して電解処理を再度行うことである。
【0037】
中間目標重水濃度とは、後記する重水濃縮水第２電解工程の開始時の電解用水として用いる重水濃縮水の重水濃度である。中間目標重水濃度は、電解処理を繰り返して重水濃縮水が最終目標重水濃度に達したときに再結合水の重水濃度が原料水の重水濃度と同じ濃度（なお、２％以内の濃度差を含む、以下同じ）になるように設定される。
電解処理後の重水濃縮水の重水濃度が最終目標濃度のときに再結合水の重水濃度が原料水の重水濃度と同じになる電解水の濃度が中間目標重水濃度である。この値はあらかじめ重水濃度の異なる電解水を用いた実験で求めることができ、あるいは電解セルの重水濃縮特性が分かっていればあらかじめ計算で予測することもできる。第一電解工程において、重水濃度が目標重水濃度に達したかどうかは、例えば電解後槽３内の重水濃縮水の重水濃度を測定して判定できる。
電解処理後の重水濃縮水の重水濃度が最終目標濃度のときに再結合水の重水濃度が原料水の重水濃度と同じになる電解水の濃度が中間目標重水濃度である。この値はあらかじめ重水濃度の異なる電解水を用いた実験で求めることができ、あるいは電解セルの重水濃縮特性が分かっていればあらかじめ計算で予測することもできる。第一電解工程において、重水濃度が目標重水濃度に達したかどうかは、例えば電解後槽３内の重水濃縮水の重水濃度を測定して判定できる。
【0038】
本発明では重水濃縮水第１電解工程後、中間目標濃度を有する重水濃縮水を用いて、（ｉ）下記工程（２－４）、（２－５）、（２－６）の順で行ってもよいし、（ｉｉ）再結合水を用いて工程（２－６）を行ってから工程（２－４）、（２－５）の順で行ってもよい。
（ｉ）下記工程（２－４）、（２－５）を先に行う場合は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、（２－３）で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて工程（２－４）、（２－５）を行う。工程（２－５）を終えた後、該抜き出した再結合水を電解用水として用いて工程（２－６）を行う。
（ｉｉ）工程（２－６）を先に行う場合は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出し、（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて工程（２－６）を行う。工程（２－６）で得られた所定濃度の重水濃縮水を抜き出した後、工程（２－３）で生成した中間目標濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて工程（２－４）、（２－５）を行う。
なお、中間目標濃度を有する重水濃縮水や再結合水を抜き出す場合は、保管槽などの貯槽を設けて一時的に保存し、必要に応じて電解用水として供給できるように構成することが好ましい。また工程（２－６）で生成した所定濃度の重水濃縮水を抜き出す場合も同様に保管槽などの貯槽を設けて一時的に保存してもよいし、原料水槽１４に供給して保存してもよい。
再結合水を抜き出す場合、重水濃縮水が中間目標重水濃度に達した後、弁１７を開放して再結合水槽６内の再結合水を再結合水一時保管槽１５に移送し、弁１７を閉止する。再結合水槽６内の再結合水の重水濃度は原料水槽１４内の原料水の重水濃度よりも低いため、再結合水は全量抜き出すことが好ましい。
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を抜き出す場合、重水濃縮水が中間目標重水濃度に達した後、弁１７ａを開放して電解後槽３内の重水濃縮水を重水濃縮水一時保管槽７ａに抜き出し、弁７ａを閉止する。一度抜き出して重水濃縮水一時保管槽に保管した重水濃縮水を改めて電解用水として使用する場合は弁１７ｂ、１０ａ、１０ｂを開放して電解前槽２に供給する。中間目標重水濃度を有する重水濃縮水は全量抜き出すことも望ましい実施態様である。
（ｉ）下記工程（２－４）、（２－５）を先に行う場合は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水の一部または全部を抜き出した後、（２－３）で生成した中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて工程（２－４）、（２－５）を行う。工程（２－５）を終えた後、該抜き出した再結合水を電解用水として用いて工程（２－６）を行う。
（ｉｉ）工程（２－６）を先に行う場合は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した中間目標濃度を有する重水濃縮水の一部または全部を抜き出し、（２－３）で生成した再結合水を電解用水として用いて工程（２－６）を行う。工程（２－６）で得られた所定濃度の重水濃縮水を抜き出した後、工程（２－３）で生成した中間目標濃度を有する重水濃縮水を電解用水として用いて工程（２－４）、（２－５）を行う。
なお、中間目標濃度を有する重水濃縮水や再結合水を抜き出す場合は、保管槽などの貯槽を設けて一時的に保存し、必要に応じて電解用水として供給できるように構成することが好ましい。また工程（２－６）で生成した所定濃度の重水濃縮水を抜き出す場合も同様に保管槽などの貯槽を設けて一時的に保存してもよいし、原料水槽１４に供給して保存してもよい。
再結合水を抜き出す場合、重水濃縮水が中間目標重水濃度に達した後、弁１７を開放して再結合水槽６内の再結合水を再結合水一時保管槽１５に移送し、弁１７を閉止する。再結合水槽６内の再結合水の重水濃度は原料水槽１４内の原料水の重水濃度よりも低いため、再結合水は全量抜き出すことが好ましい。
中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を抜き出す場合、重水濃縮水が中間目標重水濃度に達した後、弁１７ａを開放して電解後槽３内の重水濃縮水を重水濃縮水一時保管槽７ａに抜き出し、弁７ａを閉止する。一度抜き出して重水濃縮水一時保管槽に保管した重水濃縮水を改めて電解用水として使用する場合は弁１７ｂ、１０ａ、１０ｂを開放して電解前槽２に供給する。中間目標重水濃度を有する重水濃縮水は全量抜き出すことも望ましい実施態様である。
【0039】
（２－４）重水濃縮水第２電解工程
重水濃縮水第２電解工程は、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いて最終目標重水濃度に達するまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す工程である。
中間目標重水濃度の重水濃縮水を電解水に用いる場合は、弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して接続ライン２７を介して電解前槽２に供給し、（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を行う。
最終目標重水濃度に達するまでの（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しは、（１－３）重水濃縮水電解工程と同じ処理であるため説明を省略する。
重水濃縮水第２電解工程は、中間目標重水濃度を有する重水濃縮水を用いて最終目標重水濃度に達するまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す工程である。
中間目標重水濃度の重水濃縮水を電解水に用いる場合は、弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して接続ライン２７を介して電解前槽２に供給し、（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を行う。
最終目標重水濃度に達するまでの（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しは、（１－３）重水濃縮水電解工程と同じ処理であるため説明を省略する。
【0040】
（２－５）抜き出し工程
抜き出し工程は、最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して重水高濃縮液とすると共に、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を抜き出す工程である。
最終目標重水濃度は適宜設定できるが、第１の実施形態と同様、好ましくは９５％～９９％である。重水濃縮水の重水濃度が最終目標重水濃度に達した後、弁１０、１２を開放して接続ライン２８を介して電解後槽３から電解処理の系外である濃縮水槽７に移送される。濃縮水槽７には重水高濃縮液が貯留される。
抜き出し工程は、最終目標重水濃度に達した重水濃縮水を系外に抜き出して重水高濃縮液とすると共に、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を抜き出す工程である。
最終目標重水濃度は適宜設定できるが、第１の実施形態と同様、好ましくは９５％～９９％である。重水濃縮水の重水濃度が最終目標重水濃度に達した後、弁１０、１２を開放して接続ライン２８を介して電解後槽３から電解処理の系外である濃縮水槽７に移送される。濃縮水槽７には重水高濃縮液が貯留される。
【0041】
再結合水槽６内の再結合水は弁１９を開放して接続ライン３２を介して原料水槽１４に供給し、弁１９を閉止する。送液手段であるポンプ２１の設置は任意である。原料水と同じ重水濃度を有する再結合水槽６内の再結合水は生成水ということがある。生成水は原料水槽１４内の原料水と同じ重水濃度であるため、原料水と混合しても重水濃度の希釈に起因する電解時間や消費エネルギーロスがなく、エネルギー効率を低下させない。抜き出した再結合水は原料水槽１４に移して他の液体と混合して混合水とすることも好ましい実施態様である。
【0042】
（２－６）重水濃縮水第３電解工程
重水濃縮水第３電解工程は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水を電解用水として用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、所定の重水濃度の重水濃縮水を生成する工程である。
本発明では（２－３）重水濃縮水第１電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解開始時の電解用水として電解処理を行い、電解後の重水濃縮水が所定の重水濃度になるまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す。中間目標重水濃度を所定の重水濃度に変更した以外は（２－３）重水濃縮水第１電解工程の（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しと同じであるため説明を省略する。
所定の重水濃度とは、好ましくは上記生成水の重水濃度、乃至原料水の重水濃度である。例えば（２－５）で抜き出した再結合水の重水濃度と同程度であってもよく、あるいは下記混合工程で混合する他の液体の重水濃度と同程度であってもよいし、原料水の重水濃度と同程度であってもよい。
中間目標濃度重水を一時保管して、先に（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行う場合、中間目標濃度の重水濃縮水を弁１７ａを開いて重水濃縮水一時保管槽７ａに移し弁１７ａを閉止した後、弁１１を開いて再結合水槽６にある第一電解工程の再結合水を接続ライン３３を経由して電解前槽２に移動させ弁１１を閉止し、（２－６）第３電解工程を実施する。第３電解工程で生成した高濃度重水を弁１０、１０ａ、及び２０を開き、ポンプ２１で原料水槽１４に送り、各弁を閉止した後、重水濃縮水一時保管槽７ａにある中間目標濃度の重水を弁１７ａ、１７ｂ、１０ａ、１０ｂを開いて電解前槽２に移し、各弁を閉止後、（２－４）第２電解工程を実施する。得られた混合水を電解開始時の電解用水として下記工程（２－７）を行うことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水を得ることができる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
上記工程（２－４）、（２－５）の後に（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行う場合は、弁１８を開いて再結合水一時保管槽１５に一時保管していた再結合水を接続ライン３３を経由して電解前槽２に移動させ弁１８を閉止し、（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行えばよい。
重水濃縮水第３電解工程は、（２－３）重水濃縮水第１電解工程で生成した再結合水を電解用水として用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、所定の重水濃度の重水濃縮水を生成する工程である。
本発明では（２－３）重水濃縮水第１電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解開始時の電解用水として電解処理を行い、電解後の重水濃縮水が所定の重水濃度になるまで（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返す。中間目標重水濃度を所定の重水濃度に変更した以外は（２－３）重水濃縮水第１電解工程の（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しと同じであるため説明を省略する。
所定の重水濃度とは、好ましくは上記生成水の重水濃度、乃至原料水の重水濃度である。例えば（２－５）で抜き出した再結合水の重水濃度と同程度であってもよく、あるいは下記混合工程で混合する他の液体の重水濃度と同程度であってもよいし、原料水の重水濃度と同程度であってもよい。
中間目標濃度重水を一時保管して、先に（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行う場合、中間目標濃度の重水濃縮水を弁１７ａを開いて重水濃縮水一時保管槽７ａに移し弁１７ａを閉止した後、弁１１を開いて再結合水槽６にある第一電解工程の再結合水を接続ライン３３を経由して電解前槽２に移動させ弁１１を閉止し、（２－６）第３電解工程を実施する。第３電解工程で生成した高濃度重水を弁１０、１０ａ、及び２０を開き、ポンプ２１で原料水槽１４に送り、各弁を閉止した後、重水濃縮水一時保管槽７ａにある中間目標濃度の重水を弁１７ａ、１７ｂ、１０ａ、１０ｂを開いて電解前槽２に移し、各弁を閉止後、（２－４）第２電解工程を実施する。得られた混合水を電解開始時の電解用水として下記工程（２－７）を行うことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水を得ることができる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
上記工程（２－４）、（２－５）の後に（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行う場合は、弁１８を開いて再結合水一時保管槽１５に一時保管していた再結合水を接続ライン３３を経由して電解前槽２に移動させ弁１８を閉止し、（２－６）重水濃縮水第３電解工程を行えばよい。
【0043】
（２－７）繰り返し工程
（２－５）で抜き出した再結合水と、（２－６）重水濃縮水第３電解工程で生成した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、（２－３）以降の各工程を１回以上行う。
所定の重水濃度を有する重水濃縮水は弁１０、１０ａ、２０を開放して任意に設置したポンプ２１で電解後槽３から原料水槽１４に供給される。また再結合水は弁１９を開放して任意に設置したポンプ２１で再結合水槽６から原料水槽１４に供給される。原料水槽１４に供給する重水濃縮水と再結合水の順序は問わない。原料水槽１４に供給して得られた混合水には少なくとも生成水か、所定の重水濃度を有する重水濃縮水のいずれかが含まれていればよく、生成水と重水濃縮水の両方が含まれていてもよい。また混合水には原料水が含まれず、生成水、および／または重水濃縮水のみで構成されていてもよいし、生成水、および／または重水濃縮水と、原料水から構成されていてもよい。混合割合は特に限定されない。
混合水を構成する生成水、重水濃縮水、原料水は重水濃度が同じであるため、混合による重水濃度の希釈を抑制できる。
（２－５）で抜き出した再結合水と、（２－６）重水濃縮水第３電解工程で生成した所定の重水濃度の重水濃縮水とを含む混合水を生成し、該混合水を電解用水として（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、（２－３）以降の各工程を１回以上行う。
所定の重水濃度を有する重水濃縮水は弁１０、１０ａ、２０を開放して任意に設置したポンプ２１で電解後槽３から原料水槽１４に供給される。また再結合水は弁１９を開放して任意に設置したポンプ２１で再結合水槽６から原料水槽１４に供給される。原料水槽１４に供給する重水濃縮水と再結合水の順序は問わない。原料水槽１４に供給して得られた混合水には少なくとも生成水か、所定の重水濃度を有する重水濃縮水のいずれかが含まれていればよく、生成水と重水濃縮水の両方が含まれていてもよい。また混合水には原料水が含まれず、生成水、および／または重水濃縮水のみで構成されていてもよいし、生成水、および／または重水濃縮水と、原料水から構成されていてもよい。混合割合は特に限定されない。
混合水を構成する生成水、重水濃縮水、原料水は重水濃度が同じであるため、混合による重水濃度の希釈を抑制できる。
【0044】
本発明では混合水を電解用水として重水高濃縮液の製造を行う。具体的には混合水を電解用水として（２－３）重水濃縮水第１電解工程に供給し、前記（２－３）以降の各工程を１回以上行って最終目標重水濃度を有する重水高濃縮液を製造する。
図示例では弁１６を開放して任意量の混合水を原料水槽１４から電解前槽２に供給した後、弁１６を閉止する。電解前槽２に供給された混合水を電解用水として電解処理を行う。
混合水を電解開始時の電解用水とした以外は、既に説明した（２－１）～（２－６）までの工程と同じであるため説明を省略する。原料水と同じ濃度の重水濃縮水や再結合水が回収されるので、原料水の消費量が減少し、原料水に対する重水高濃縮液の回収率が向上する。
最終目標重水濃度に達した重水濃縮水（重水高濃縮液）は上記の様に濃縮水槽７に移送される。
図示例では弁１６を開放して任意量の混合水を原料水槽１４から電解前槽２に供給した後、弁１６を閉止する。電解前槽２に供給された混合水を電解用水として電解処理を行う。
混合水を電解開始時の電解用水とした以外は、既に説明した（２－１）～（２－６）までの工程と同じであるため説明を省略する。原料水と同じ濃度の重水濃縮水や再結合水が回収されるので、原料水の消費量が減少し、原料水に対する重水高濃縮液の回収率が向上する。
最終目標重水濃度に達した重水濃縮水（重水高濃縮液）は上記の様に濃縮水槽７に移送される。
【0045】
（２－８） 重水濃縮水第３電解工程の再結合水の電解により得られた重水濃縮水の電解処理
本発明では（２－４）重水濃縮水第３電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、上記生成水の重水濃度と同じ濃度になった重水濃縮水を原料水槽１４に移し、重水濃縮水を含む混合水とすることも好ましい実施態様である。この混合水の構成は上記と同じである。（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しについては既に説明しているため省略する。
（２－６）重水濃縮水第３電解工程で得られた重水濃縮水を原料水槽に移した後、（２－６）重水濃縮水第３電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を再結合水槽６から電解前槽２に供給し、再結合水を電解開始時の電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を行い、該電解処理で得られた重水濃縮水の電解処理を繰り返し、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の上記生成水の重水濃度と同じ重水濃度を有する重水濃縮水を生成する。生成水と同じ重水濃度に達した重水濃縮水は（２－６）重水濃縮水第３電解工程と同様にして電解後槽３から原料水槽１４に供給して上記生成水との混合水が得られる。得られた混合水を電解開始時の電解用水として（２－７）繰り返し工程を行うことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水が得られる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
本発明では（２－４）重水濃縮水第３電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を電解用水として用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、上記生成水の重水濃度と同じ濃度になった重水濃縮水を原料水槽１４に移し、重水濃縮水を含む混合水とすることも好ましい実施態様である。この混合水の構成は上記と同じである。（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しについては既に説明しているため省略する。
（２－６）重水濃縮水第３電解工程で得られた重水濃縮水を原料水槽に移した後、（２－６）重水濃縮水第３電解工程の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を再結合水槽６から電解前槽２に供給し、再結合水を電解開始時の電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を行い、該電解処理で得られた重水濃縮水の電解処理を繰り返し、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の上記生成水の重水濃度と同じ重水濃度を有する重水濃縮水を生成する。生成水と同じ重水濃度に達した重水濃縮水は（２－６）重水濃縮水第３電解工程と同様にして電解後槽３から原料水槽１４に供給して上記生成水との混合水が得られる。得られた混合水を電解開始時の電解用水として（２－７）繰り返し工程を行うことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水が得られる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
【0046】
（２－９） （２－８）の再結合水の電解により得られた重水濃縮水の電解
本発明では上記（２－８）の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、この（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、上記生成水の重水濃度と同じ濃度になった重水濃縮水を抜き出して上記生成水と混合して混合水とすることも好ましい実施態様である。（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しについては既に説明しているため省略する。
上記（２－８）において生成水と同じ重水濃度になった重水濃縮水を電解後槽３から抜き出して原料水槽１４に供給した後、再結合水槽６内の再結合水を電解前槽２に供給し、これを電解開始時の電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の生成水の重水濃度と同じ重水濃度を有する重水濃縮水を生成する。該重水濃縮水は電解後槽３から原料水槽１４に供給して上記生成水と混合して混合水が得られる。
またこの混合水を電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返すことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水を得ることができる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
原料水槽１４から電解前槽２に混合水を供給する回数を複数回実施することにより、重水高濃縮液の収量を回数に伴って増やすことができるが、供給回数が増えると共に混合水量は減少し、混合水量が０になるとき、重水高濃縮液の回収率（重水高濃縮液量／原料水量×１００％）が理論的に最大となる。
本発明では上記（２－８）の（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、この（２－２）電解ガス再結合工程で生成した再結合水を用いて（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、上記生成水の重水濃度と同じ濃度になった重水濃縮水を抜き出して上記生成水と混合して混合水とすることも好ましい実施態様である。（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程の繰り返しについては既に説明しているため省略する。
上記（２－８）において生成水と同じ重水濃度になった重水濃縮水を電解後槽３から抜き出して原料水槽１４に供給した後、再結合水槽６内の再結合水を電解前槽２に供給し、これを電解開始時の電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返し、（２－４）重水濃縮水第２電解工程の生成水の重水濃度と同じ重水濃度を有する重水濃縮水を生成する。該重水濃縮水は電解後槽３から原料水槽１４に供給して上記生成水と混合して混合水が得られる。
またこの混合水を電解用水として（２－１）電解工程と（２－２）電解ガス再結合工程を繰り返すことで上記最終目標重水濃度を有する重水濃縮水を得ることができる。最終目標重水濃度に達した重水濃縮水は、電解後槽３から抜き出して濃縮水槽７に供給することが好ましい。
原料水槽１４から電解前槽２に混合水を供給する回数を複数回実施することにより、重水高濃縮液の収量を回数に伴って増やすことができるが、供給回数が増えると共に混合水量は減少し、混合水量が０になるとき、重水高濃縮液の回収率（重水高濃縮液量／原料水量×１００％）が理論的に最大となる。
【0047】
残った再結合水を電解用水として使用しない場合は、弁１３を開放して再結合水槽６内の再結合水を希釈水槽８で回収することが好ましい。回収した希釈槽８内の再結合水の用途は特に限定されない。
【0048】
本発明において、（２－１）電解工程の繰り返しにおいて、電解して得られた重水濃縮水を間欠的に前記（２－１）電解工程の電解用水として供給することも好ましい実施態様である。
（２－１）電解工程では重水濃度を高めるために、電解して得られた重水濃縮水の再電解、すなわち、重水濃縮水は電解後槽３から電解前槽２への供給が任意回数繰り返される。このとき、電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給は、第１の実施形態と同様、間欠的な供給が好ましく、第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。
（２－１）電解工程では重水濃度を高めるために、電解して得られた重水濃縮水の再電解、すなわち、重水濃縮水は電解後槽３から電解前槽２への供給が任意回数繰り返される。このとき、電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給は、第１の実施形態と同様、間欠的な供給が好ましく、第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。
【0049】
重水高濃縮液の製造終了時期は第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。
【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】
実施例１（電解工程のシミュレーション）
重水濃度８５％の原料水を図１に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液の目標重水濃度を９７％、９８％、９９％に設定した場合の重水高濃縮液の回収率、再結合水の重水濃度、及び再結合水の回収率を求めた。電解セルにおける重水濃縮に関する分離係数を３としてシミュレーションした結果を表１に示す。表１は、再結合水再電解法の一部を構成する電解工程（１－１）～（１－３）、あるいは原料水電解回収法の一部を構成する電解工程（２－１）～（２－３）で得られる重水高濃縮液と再結合水の濃度と回収率を示す表である。分離係数３はＡ．Ｐｏｚｉｏ，Ｓ．Ｔｏｓｔｉ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ４４（２０１９）７５４４－７５５４、及び後記する実測値に基づく値である。
重水濃度８５％の原料水を図１に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液の目標重水濃度を９７％、９８％、９９％に設定した場合の重水高濃縮液の回収率、再結合水の重水濃度、及び再結合水の回収率を求めた。電解セルにおける重水濃縮に関する分離係数を３としてシミュレーションした結果を表１に示す。表１は、再結合水再電解法の一部を構成する電解工程（１－１）～（１－３）、あるいは原料水電解回収法の一部を構成する電解工程（２－１）～（２－３）で得られる重水高濃縮液と再結合水の濃度と回収率を示す表である。分離係数３はＡ．Ｐｏｚｉｏ，Ｓ．Ｔｏｓｔｉ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ４４（２０１９）７５４４－７５５４、及び後記する実測値に基づく値である。
【0052】
分離係数αとは、電解過程で発生する水素ガス中の重水素濃度Pと軽水素濃度１－Ｐの比に対する残された水の重水濃度P’と軽水濃度１－Ｐ’の比で、次式で定義される。
［Ｐ／（１－Ｐ）］＝α［Ｐ’／（１－Ｐ’）］・・・（１）
［Ｐ／（１－Ｐ）］＝α［Ｐ’／（１－Ｐ’）］・・・（１）
【0053】
電解により電解ガスが発生し、残された未電解の重水の濃度が増加する状況は次式で表せることが、川島、日本機械学会誌 第５９巻 第４４９号（１９５６）に記載されている。
αｌｏｇ（Ｐｍ／Ｐ０）＋ｌｏｇ［（１－Ｐ０）／（１－Ｐｍ）］＝－（α－１）ｌｏｇ［１－（ΔＭ／Ｍ０）］・・・（２）
ここで、αは式（１）で定義される重水濃縮水に関する分離係数、Ｐ0は初期重水濃度、Ｍ0は初期重水量、ΔＭは電解された重水量、Ｐｍは残された重水、すなわち重水濃縮水の濃度である。ΔＭは、電解装置に流した電流と電解時間からファラデー則により算出できる量である。
αｌｏｇ（Ｐｍ／Ｐ０）＋ｌｏｇ［（１－Ｐ０）／（１－Ｐｍ）］＝－（α－１）ｌｏｇ［１－（ΔＭ／Ｍ０）］・・・（２）
ここで、αは式（１）で定義される重水濃縮水に関する分離係数、Ｐ0は初期重水濃度、Ｍ0は初期重水量、ΔＭは電解された重水量、Ｐｍは残された重水、すなわち重水濃縮水の濃度である。ΔＭは、電解装置に流した電流と電解時間からファラデー則により算出できる量である。
【0054】
回収率
重水高濃縮液の回収率
原料重水１Ｌから電気分解によって何Ｌの重水高濃縮液が得られたかを示す実用的指標であり、その割合を回収率（％）とする。
重水高濃縮液の回収率
原料重水１Ｌから電気分解によって何Ｌの重水高濃縮液が得られたかを示す実用的指標であり、その割合を回収率（％）とする。
【0055】
再結合水の回収率
再結合水の回収率は、電解された水の量ΔＭを初期重水量Ｍ0で割った値である。なお、ΔＭ／Ｍ０は、電解された割合でもあるので、この回収率を電解率ということがある。
再結合水の回収率は、電解された水の量ΔＭを初期重水量Ｍ0で割った値である。なお、ΔＭ／Ｍ０は、電解された割合でもあるので、この回収率を電解率ということがある。
【0056】
【表1】
【0057】
表１において、分離係数α＝３、初期重水濃度Ｐ0＝８５％、目標重水濃度Ｐｍ＝９７％、９８％、または９９％である場合、これらの値を（２）式に代入し、ΔＭ／Ｍ０を求めることができる。ΔＭ／Ｍ０は、再結合水の回収率であり、重水高濃縮液の回収率は１－ΔＭ／Ｍ０として計算できる。また、初期重水は、重水高濃縮水と再結合水に分かれるので、物質保存則に基づき再結合水の濃度Ｐｒは次式により算出できる。
【数1】
【0058】
表１中、Ｎｏ．１（目標重水濃度９７％）は重水濃度８５％の原料水を電解開始時の電解用水として電解し、得られた重水濃縮水の重水濃度が９７％になるまで重水濃縮水を電解用水として電解を繰り返した場合の回収率等を式（２）を用いて算出した値が記載されている。
Ｎｏ．１の重水高濃縮液の濃度Ｐｍが９７％のとき、９７％重水高濃縮液の回収率（１－ΔＭ／Ｍ0）は３６．７％である。またこの電解によって得られた再結合水の重水濃度Ｐｒ（％）は７８．０％、その回収率ΔＭ／Ｍ0は６３．３％である。Ｎｏ．２、Ｎｏ．３も同様にして評価した。
Ｎｏ．１の重水高濃縮液の濃度Ｐｍが９７％のとき、９７％重水高濃縮液の回収率（１－ΔＭ／Ｍ0）は３６．７％である。またこの電解によって得られた再結合水の重水濃度Ｐｒ（％）は７８．０％、その回収率ΔＭ／Ｍ0は６３．３％である。Ｎｏ．２、Ｎｏ．３も同様にして評価した。
【0059】
実施例２（電解工程の実測)
図３は再結合水再電解法の一部を構成する電解工程（１－１）～（１－３）、あるいは原料水電解回収法の一部を構成する電解工程（２－１）～（２－３）の実測例である。電解セル１に電極面積４．１８ｃｍ２の３セル積層スタックを用いた。
電解セルは、アノード触媒にＩｒＯ2-ＴｉＯ2、１ｍｇ／ｃｍ2とカソード触媒にＰｔ／Ｃ、０．５ｍｇＰｔ／ｃｍ2を用い、これらをＮａｆｉｏｎ電解質膜の各面に接合した膜電極接合体、Ｔｉ繊維焼結体からなるアノード拡散層、カーボン紙からなるカソード拡散層、ＰｔメッキＴｉ流路板を積層したセル構成である。
アノード室に初期重水濃度７１．７％（図中：●、初期重水量１０６．４ｇ）、８１．８％（図中：▲、１０７．６ｇ）、または９２．４％（図中、■、１０４．９ｇ）の重水を１４ｍＬ／ｍｉｎ供給しながら、セル温度３５℃、電流密度２Ａ／ｃｍ2の条件で電解を行った。
図中の各記号（●、▲、■）で示す値は、電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給した直後の電解前槽２内の電解用水の重水濃度である。なお、電解前槽２内の電解用水がほぼ空（残り５ｍＬ）になってから電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給した。重水濃度は、電解前槽内の電解用水を少量サンプリングしてＦＴＩＲで測定した。
図３は再結合水再電解法の一部を構成する電解工程（１－１）～（１－３）、あるいは原料水電解回収法の一部を構成する電解工程（２－１）～（２－３）の実測例である。電解セル１に電極面積４．１８ｃｍ２の３セル積層スタックを用いた。
電解セルは、アノード触媒にＩｒＯ2-ＴｉＯ2、１ｍｇ／ｃｍ2とカソード触媒にＰｔ／Ｃ、０．５ｍｇＰｔ／ｃｍ2を用い、これらをＮａｆｉｏｎ電解質膜の各面に接合した膜電極接合体、Ｔｉ繊維焼結体からなるアノード拡散層、カーボン紙からなるカソード拡散層、ＰｔメッキＴｉ流路板を積層したセル構成である。
アノード室に初期重水濃度７１．７％（図中：●、初期重水量１０６．４ｇ）、８１．８％（図中：▲、１０７．６ｇ）、または９２．４％（図中、■、１０４．９ｇ）の重水を１４ｍＬ／ｍｉｎ供給しながら、セル温度３５℃、電流密度２Ａ／ｃｍ2の条件で電解を行った。
図中の各記号（●、▲、■）で示す値は、電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給した直後の電解前槽２内の電解用水の重水濃度である。なお、電解前槽２内の電解用水がほぼ空（残り５ｍＬ）になってから電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給した。重水濃度は、電解前槽内の電解用水を少量サンプリングしてＦＴＩＲで測定した。
【0060】
図３中、各記号は、実際に原料水を電解して得られた値である。例えば初期重水濃度８１．８％（図中、▲：初期重水量１０７．６ｇ）の原料水を電解率（電解した水の量（ｍｏｌ）／原料水量（ｍｏｌ））０．１７（原料水の１７％を電解）まで電解すると電解前槽２がほぼ空（残り５ｍＬ）になり、そのとき、電解後槽３から電解前槽２に重水濃縮水を供給しその重水濃度は８５．４％となった。なお、残り５ｍＬの時電解後槽３の重水濃縮水を電解前槽２に移動させた理由は、この装置では５ｍＬ以下になると電解用水不足で電解セル１が故障する懸念があるためである。電解を続けると電解率０．２７の時電解前槽２が再びほぼ空（２回目）になり、電解後槽３から供給した重水濃縮水の重水濃度は８７．９％であった。更に電解を続けると電解率０．３５で電解前槽２が３回目の空になり重水濃度は８９．１％となり、電解率０．５９では電解前槽２が１０回目の空になり重水濃度は９５．５％となった。回数を重ねる度に、電解前槽２が空になる時間ピッチが短くなるのは、電解によって、電解水量が減少するためである。第４回～第９回目の重水濃度測定は省略している。なお、電解前槽２の上記電解水残量５ｍＬは、装置のサイズ、構成によって適宜変更可能である。
【0061】
電解前槽２の電解水量について：重水濃縮水を移動させる回数が増えるほど移動する量が減少するので、移動開始時の電解後槽３の重水濃縮水に対する電解前槽２の電解水量（５ｍＬ）の比は、回数と共に増加する。１回目は、電解後槽３の重水濃縮水は約７８ｍＬ（＝１００×（１－０．１７）－５）であるため、約６．４％（＝５／７８×１００）である。２回目は初期電解水量約８３ｍＬ（＝７８＋５）が５ｍＬになるまでに電解した量は約１０ｍＬ（＝１００×（０．２７－０．１７））であり、電解後槽３の重水濃縮水６８ｍＬ（＝８３－１０－５）に対する電解前槽２の電解水量５ｍＬの比は、約７．４％（＝５／６８×１００）である。同様の計算を行うと３回目は約８．３％（＝５×１００／（（１－０．３５）×１００－５））であり、１０回目は約１３．９％（＝５×１００／（（１－０．５９）×１００－５））である。図３の実測例は、電解後槽３の重水濃縮水に対する電解前槽２の電解水量が約６．４％～１３．９％、１０％±４％程度の時点で重水濃縮水の移動を行った試験結果である。
【0062】
なお、電解率は、原料水量（ｍｏｌ）に反比例し、電解量（ｍｏｌ）に比例する。８１．８％（初期重水量１０７．６ｇ）の原料水は、８８．０ｇ（＝１０７．６×０．８１８）の濃度１００％の重水（Ｄ2Ｏ）と１９．６g（＝１０７．６×０．１８２）の濃度１００％の軽水（Ｈ2Ｏ）からなり、重水１ｍｏｌは１８×１．１ｇ、軽水１ｍｏｌは１８ｇとして重水と軽水の合計した原料水のｍｏｌ数は５．５３ｍｏｌ（＝８８／（１８×１．１)＋１９．６／１８）である。電解率０．１７の時点では、原料水５．５３ｍｏｌの１７％が電解され、水１ｍｏｌ電解するのに９６５００×２クーロンの電荷が必要であり、３セルスタックに８．３６Ａ（＝４．１８×２）の電流を流しているので、電解に要した時間は２．００時間（＝９６５００×２×５．５３×０．１７／（８．３６×３×６０×６０））である。電解時間は電解率に比例するので、電解率０．５９までの試験に６．９時間（＝０．５９×２／０．１７）を要している。
この電解セルの８．３６Ａにおけるセル電圧は２.０Ｖであったので、３セル積層した電解スタックの消費電力は５０．２Ｗ（＝８．３６×２×３）である。
この電解セルの８．３６Ａにおけるセル電圧は２.０Ｖであったので、３セル積層した電解スタックの消費電力は５０．２Ｗ（＝８．３６×２×３）である。
【0063】
また図３に示す実線は、分離係数を３．０として（３）式を用いて計算した重水濃度の計算値である。図３の実線は、ほぼ直線に見えるが、重水濃度１００％に近づくと飽和する傾向がある。一方図３の実測値（●、▲、■）は、いずれも少量の電解前槽２の電解水と多量の電解後槽３の重水濃縮水を混合し、電解されずに残った重水の重水濃度を測定した結果である。
図３では、分離係数３という一つの定数を用いて初期重水濃度の異なる３本の実線で示される計算値が実測値とよく一致している。これは、電解工程における重水濃縮特性が（３）式によって精度よくシミュレーションできることを示す結果である。
図３では、分離係数３という一つの定数を用いて初期重水濃度の異なる３本の実線で示される計算値が実測値とよく一致している。これは、電解工程における重水濃縮特性が（３）式によって精度よくシミュレーションできることを示す結果である。
【0064】
実施例３（再結合水再電解法のシミュレーション）
分離係数３の電解セルを用いて重水濃度８５％の原料水１００Ｌから重水濃度９８％の重水高濃縮液を製造し、その電解で生成した再結合水を再電解して９８％の重水高濃縮液を得る電解を繰り返す再結合水再電解プロセスを図４に示す。図４は第１の実施形態の模擬実施例である。
図１、４、及び表２に基づいて説明する。原料水槽１４内の重水濃度８５％の原料水１００Ｌを電解前槽２に供給した後弁１６を閉止する。電解前槽２に供給された原料水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２内の電解水量が電解後槽３内の重水濃縮水量の例えば１０％以下に低下すると弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、電解後の重水濃縮水の重水濃度が９８％になるまで電解後槽３から電解前槽２に上記の様にして重水濃縮水を電解前槽２に間欠的に供給して電解を繰り返す。重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第１電解工程）。
分離係数３の電解セルを用いて重水濃度８５％の原料水１００Ｌから重水濃度９８％の重水高濃縮液を製造し、その電解で生成した再結合水を再電解して９８％の重水高濃縮液を得る電解を繰り返す再結合水再電解プロセスを図４に示す。図４は第１の実施形態の模擬実施例である。
図１、４、及び表２に基づいて説明する。原料水槽１４内の重水濃度８５％の原料水１００Ｌを電解前槽２に供給した後弁１６を閉止する。電解前槽２に供給された原料水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２内の電解水量が電解後槽３内の重水濃縮水量の例えば１０％以下に低下すると弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、電解後の重水濃縮水の重水濃度が９８％になるまで電解後槽３から電解前槽２に上記の様にして重水濃縮水を電解前槽２に間欠的に供給して電解を繰り返す。重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第１電解工程）。
【0065】
電解後槽３内の重水濃度は電解前槽２内の重水濃度よりも高い。濃度差は電解セルの運転状況によって変わるが、電解後槽３内の重水濃度は、電解前槽２内の重水濃度よりも高い。電解前槽２に多量の電解用水が残っている時点で、電解後槽３の重水濃縮水を電解前槽２に移動させると重水濃縮水が希釈され濃度低下が生じるので好ましくない。電解用水残存量は装置のサイズなどによって異なり、重水濃縮水の濃度低下などを考慮して適宜設定可能であるが、例えば電解前槽２と電解後槽３の重水濃度がそれぞれ８５％と９５％のとき、電解前槽２の電解用水量が電解後槽３の重水濃縮水の例えば１０％、２０％、または３０％の時点で移動させると仮定すると、重水濃縮水の濃度低下は夫々０．４５％（＝９０－（８５×１０＋９０×１００）／１１０）、０．８３％（＝９０－（２０＋９０×１００）／１２０）、または１．１５％（＝９０－（８５×３０＋９０×１００／１３０）となる。そして重水濃度が例えば１％程度低下することを許容する場合、上記と同様の濃度低下の計算をすると、電解前槽２の電解用水量が電解後槽３の重水濃縮水量の３０％以下になった時点で重水濃縮水を移動させるのが望ましいことがわかる。或いは電解前槽２の電解用水の残量減少し、電解用水不足により装置の運転が困難になるレベルに達する前に電解後槽３から重水濃縮水を供給してもよい。
なお、本発明では間欠的な供給を実現する手段として、電解後槽３と電解前槽２におけるレベル計の設置は任意であり、装置が運転困難（電解用水不足による故障が生じる程度）となる電解用水量を考慮して作動するレベル計を電解前槽２にのみ設置してもよい。例えば電解用水量が２０ｍＬ未満になると運転が困難な装置の場合、電解前槽２にのみレベル計を設けて電解用水量が２０ｍＬになったら電解後槽３から重水濃縮水を供給するように作動させることも好ましい。
なお、本発明では間欠的な供給を実現する手段として、電解後槽３と電解前槽２におけるレベル計の設置は任意であり、装置が運転困難（電解用水不足による故障が生じる程度）となる電解用水量を考慮して作動するレベル計を電解前槽２にのみ設置してもよい。例えば電解用水量が２０ｍＬ未満になると運転が困難な装置の場合、電解前槽２にのみレベル計を設けて電解用水量が２０ｍＬになったら電解後槽３から重水濃縮水を供給するように作動させることも好ましい。
【0066】
第１電解処理で回収した濃度９８％の重水高濃縮液は２９．５Ｌであり、初期原料水１００Ｌに対する重水濃縮液（２９．５Ｌ）の回収率は２９．５％である。また電解によって生成した再結合水槽６中の再結合水７０．５Ｌの重水濃度は７９．６％であり、初期原料水１００Ｌに対する再結合水の回収率は７０．５％である。電解に必要な時間は、電解量と電解設備の能力に比例するため、電解設備で１Ｌ電解するのに必要な時間をｔ（時間）とすると、第１電解工程の電解率は７０．５％（７０．５Ｌ／１００Ｌ）であり、電解時間は７０．５ｔ（時間）である。
なお、表２の実施例は、実施例２（電解工程の実測）の計算値と同様、式（２）を用いて計算した結果である。電解前槽２内の電解水量が電解後槽３内の重水濃縮水量の１０％±４％が実施例２の試験条件であるから、表２も同様の条件であれば、式（２）を用いて正しい濃縮特性を予測できると考えられる。電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給することが好ましいが、濃度低下の許容度を考慮して設定可能であり、例えば１％程度の濃度低下を許容するのであれば、上記したように電解前槽２の電解用水残量は３０％以下でもよい。
なお、表２の実施例は、実施例２（電解工程の実測）の計算値と同様、式（２）を用いて計算した結果である。電解前槽２内の電解水量が電解後槽３内の重水濃縮水量の１０％±４％が実施例２の試験条件であるから、表２も同様の条件であれば、式（２）を用いて正しい濃縮特性を予測できると考えられる。電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給することが好ましいが、濃度低下の許容度を考慮して設定可能であり、例えば１％程度の濃度低下を許容するのであれば、上記したように電解前槽２の電解用水残量は３０％以下でもよい。
【0067】
続いて弁１１を開放して再結合水槽６から重水濃度７９．６％の再結合水７０．５Ｌを電解前槽２に全量供給して弁１１を閉止した。電解前槽２に供給された再結合水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電解すると共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給は上記と同様の間欠的な供給とする。重水濃縮水の重水濃度が９８％になるまで第１電解工程と同様にして電解を繰り返し行う。
重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第２電解工程）。回収した重水高濃縮液は１６．２Ｌである。また生成した５４．３Ｌの再結合水の重水濃度は７４．１％である。
第２電解工程では電解用水として供給した再結合水７０．５Ｌを電解率５４．３／７０．５で電解しているので、電解時間は５４．３ｔ（＝７０．５ｔ×５４．３/７０．５）である。また第１電解工程と第２電解工程の合計電解時間は１２４．９ｔである。濃縮水槽７には第１電解工程（２９．５Ｌ）と第２電解工程（１６．２Ｌ）の合計４５．７Ｌの重水高濃縮液が貯留される。
重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第２電解工程）。回収した重水高濃縮液は１６．２Ｌである。また生成した５４．３Ｌの再結合水の重水濃度は７４．１％である。
第２電解工程では電解用水として供給した再結合水７０．５Ｌを電解率５４．３／７０．５で電解しているので、電解時間は５４．３ｔ（＝７０．５ｔ×５４．３/７０．５）である。また第１電解工程と第２電解工程の合計電解時間は１２４．９ｔである。濃縮水槽７には第１電解工程（２９．５Ｌ）と第２電解工程（１６．２Ｌ）の合計４５．７Ｌの重水高濃縮液が貯留される。
【0068】
第２電解工程と同様の電解処理を複数回繰り返した（第３電解工程～第６電解工程）。第１電解工程から第６電解工程を行って得られた合計重水高濃縮液は７０．３Ｌであり、総電解時間は２６９．９ｔである。
【0069】
【表2】
【0070】
実施例３で説明した再結合水再電解法によれば、繰り返し電解することによって、目標濃度の重水濃縮液をより多く得ることができる。電解過程で生成した再結合水はすべて電解用水として再利用するので、最終回の低濃度の再結合水以外には、未利用の再結合水は残らないので無駄がない。なお、この実施例では目標濃度をすべて９８％に設定したが、第２電解工程以降の目標濃度を異なる値、例えば原料水と同じ重水濃度にすることも本発明の好ましい実施形態の一つである。
【0071】
実施例４（原料水電解回収法のシミュレーション）
分離係数３の電解セル１を含む図２に示す構成を有する電解装置を用いて、濃度８５％の重水１００Ｌから濃度９８％の重水高濃縮液を原料水電解回収法で製造する場合をシミュレーションした結果を図５に示す。図５は、第２の実施形態の模擬実施例である。
原料水槽１４内に貯留されている重水濃度８５％の原料水から１００Ｌを電解前槽２に供給した後弁１６を閉止した。
分離係数３の電解セル１を含む図２に示す構成を有する電解装置を用いて、濃度８５％の重水１００Ｌから濃度９８％の重水高濃縮液を原料水電解回収法で製造する場合をシミュレーションした結果を図５に示す。図５は、第２の実施形態の模擬実施例である。
原料水槽１４内に貯留されている重水濃度８５％の原料水から１００Ｌを電解前槽２に供給した後弁１６を閉止した。
【0072】
第１電解工程
電解前槽２に供給された原料水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解を続けて電解前槽２の電解水量が電解後槽３の重水濃縮水の例えば１０％以下になると弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、重水濃縮水の重水濃度が９０．２％（中間目標重水濃度）になるまで電解を行う。
重水濃度９０．２％に達したら弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％）は、７３．９Ｌである。また弁１７を開放して再結合水槽６中の再結合水２６．１Ｌ（重水濃度７０．２５％）を再結合水一時保管槽１５に供給した後、弁１７を閉止し、第１電解処理を終了とする。
第１電解工程の結果を表３（１回目）に示す。
重水濃縮水第１電解工程の電解時間は２６．１ｔであり、電解率は２６．１％（２６．１Ｌ／１００Ｌ×１００％）、消費した８５％重水量（Ｌ）は電解前槽２に供給した原料水量であるため１００Ｌである。また第１電解工程で得られた重水濃縮水は７３．９Ｌ（重水濃度９０．２％）であり、重水濃度９８％の重水高濃縮液の回収率（９８％回収率）は０％である。
電解前槽２に供給された原料水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解を続けて電解前槽２の電解水量が電解後槽３の重水濃縮水の例えば１０％以下になると弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、重水濃縮水の重水濃度が９０．２％（中間目標重水濃度）になるまで電解を行う。
重水濃度９０．２％に達したら弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２に供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％）は、７３．９Ｌである。また弁１７を開放して再結合水槽６中の再結合水２６．１Ｌ（重水濃度７０．２５％）を再結合水一時保管槽１５に供給した後、弁１７を閉止し、第１電解処理を終了とする。
第１電解工程の結果を表３（１回目）に示す。
重水濃縮水第１電解工程の電解時間は２６．１ｔであり、電解率は２６．１％（２６．１Ｌ／１００Ｌ×１００％）、消費した８５％重水量（Ｌ）は電解前槽２に供給した原料水量であるため１００Ｌである。また第１電解工程で得られた重水濃縮水は７３．９Ｌ（重水濃度９０．２％）であり、重水濃度９８％の重水高濃縮液の回収率（９８％回収率）は０％である。
【0073】
第１電解工程後、第２電解工程を行う。
第２電解工程
引き続き、第２電解工程として電解前槽２内に貯留されている高濃度重水（重水濃度９０．２％）７３．９Ｌを電解開始時の電解用水として重水濃度が目標濃度である９８．０％になるまで電解を繰り返し行う。電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給条件は第１電解工程と同じである。上記と同様にして重水濃縮水の電解を繰り返し、重水濃度９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する。
再結合水槽６中の再結合水４４．４Ｌの重水濃度は８５％であり、弁１９を開放して全量を原料水槽１４に供給し、弁１９を閉止した。
第２電解工程の電解時間は４４．４ｔ（＝７３．９ｔ×０．６０１）であり、第１電解工程と第２電解工程の電解時間の合計は７０．５ｔ（＝２６．１ｔ＋４４．４ｔ）となる。第２電解工程では、原料水と同じ８５％重水を４４．４Ｌ回収しているので、運転前を基準にした消費８５％重水は５５．６Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ）となる。
第２電解工程で得られる重水濃縮水は濃度９８％の重水高濃度液２９．５Ｌである。消費した８５％重水は５５．６Ｌであるから、９８％重水濃縮液の回収率は５３．０％（＝２９．５／５５．６×１００）となる。すなわち、第２電解工程では原料水と同じ重水濃度の濃縮水（４４．４Ｌ）が得られるため、原料水のみなし消費量が減少し（５５．６Ｌ）、これによって［重水高濃縮水量／原料水消費量］の比率が増加した（５３．０％）。
第２電解工程
引き続き、第２電解工程として電解前槽２内に貯留されている高濃度重水（重水濃度９０．２％）７３．９Ｌを電解開始時の電解用水として重水濃度が目標濃度である９８．０％になるまで電解を繰り返し行う。電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給条件は第１電解工程と同じである。上記と同様にして重水濃縮水の電解を繰り返し、重水濃度９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する。
再結合水槽６中の再結合水４４．４Ｌの重水濃度は８５％であり、弁１９を開放して全量を原料水槽１４に供給し、弁１９を閉止した。
第２電解工程の電解時間は４４．４ｔ（＝７３．９ｔ×０．６０１）であり、第１電解工程と第２電解工程の電解時間の合計は７０．５ｔ（＝２６．１ｔ＋４４．４ｔ）となる。第２電解工程では、原料水と同じ８５％重水を４４．４Ｌ回収しているので、運転前を基準にした消費８５％重水は５５．６Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ）となる。
第２電解工程で得られる重水濃縮水は濃度９８％の重水高濃度液２９．５Ｌである。消費した８５％重水は５５．６Ｌであるから、９８％重水濃縮液の回収率は５３．０％（＝２９．５／５５．６×１００）となる。すなわち、第２電解工程では原料水と同じ重水濃度の濃縮水（４４．４Ｌ）が得られるため、原料水のみなし消費量が減少し（５５．６Ｌ）、これによって［重水高濃縮水量／原料水消費量］の比率が増加した（５３．０％）。
【0074】
第３電解工程
続いて弁１７、１８を開放して再結合水一時保管槽１５から一時保管再結合水（重水濃度７０．２５％）全量（２６．１Ｌ）を電解前槽２に供給して弁１７、１８を閉止した。電解前槽２に供給された再結合水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電解すると共に、電解して得られた重水濃縮液を電解後槽３に貯留する。電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給条件は第１電解工程と同じである。
上記のように重水濃縮水の電解を繰り返し、重水濃縮水の重水濃度が８５％に達したら電解を停止し、弁１０、１０ａ、２０を開放して電解後槽３から重水濃縮水を原料水槽１４に全量供給し、弁１０、１０ａ、２０を閉止する。回収した重水濃度８５％の重水濃縮水は１３．９４Ｌであり、再結合水槽６内の再結合水（１２．１６Ｌ）の重水濃度は５３．３８％である。
第３電解工程の電解時間は１２．２ｔ（＝２６．１ｔ×０．４６６）であり、第１、第２、第３電解工程時間の合計は８２．７ｔ（＝７０．５ｔ＋１２．２ｔ）となる。第３電解工程では、原料水と同じ８５％重水を１３．９４Ｌ回収しているので、運転前を基準にした消費８５％重水は４１．６６Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ―１３．９４Ｌ）となる。
第３電解工程終了後の濃度９８％の重水高濃度液合計量は第２電解工程で得られた２９．５Ｌである。消費した８５％重水は４１．６６Ｌであるから、９８％重水濃縮液の消費原料水に対する回収率は７０．８％（＝２９．５/４１．６６×１００）となる。
続いて弁１７、１８を開放して再結合水一時保管槽１５から一時保管再結合水（重水濃度７０．２５％）全量（２６．１Ｌ）を電解前槽２に供給して弁１７、１８を閉止した。電解前槽２に供給された再結合水を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電解すると共に、電解して得られた重水濃縮液を電解後槽３に貯留する。電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給条件は第１電解工程と同じである。
上記のように重水濃縮水の電解を繰り返し、重水濃縮水の重水濃度が８５％に達したら電解を停止し、弁１０、１０ａ、２０を開放して電解後槽３から重水濃縮水を原料水槽１４に全量供給し、弁１０、１０ａ、２０を閉止する。回収した重水濃度８５％の重水濃縮水は１３．９４Ｌであり、再結合水槽６内の再結合水（１２．１６Ｌ）の重水濃度は５３．３８％である。
第３電解工程の電解時間は１２．２ｔ（＝２６．１ｔ×０．４６６）であり、第１、第２、第３電解工程時間の合計は８２．７ｔ（＝７０．５ｔ＋１２．２ｔ）となる。第３電解工程では、原料水と同じ８５％重水を１３．９４Ｌ回収しているので、運転前を基準にした消費８５％重水は４１．６６Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ―１３．９４Ｌ）となる。
第３電解工程終了後の濃度９８％の重水高濃度液合計量は第２電解工程で得られた２９．５Ｌである。消費した８５％重水は４１．６６Ｌであるから、９８％重水濃縮液の消費原料水に対する回収率は７０．８％（＝２９．５/４１．６６×１００）となる。
【0075】
第４電解工程
続いて弁１１を開放して再結合水槽６の再結合水を電解前槽２に供給して電解する。電解の方法は第１電解工程と同じである。電解を繰り返し、重水濃縮水の重水濃度が８５％に達したら電解を停止し、弁１０，１０ａ、２０を開放して電解後槽３から重水濃縮水を原料水槽１４に全量供給し、弁１０，１０ａ、２０を閉止する。
回収した重水濃度８５％の重水濃縮水は３．４４Ｌであり、再結合水槽６内の再結合水（８．７２Ｌ）の重水濃度は４０．９％である。
第４電解工程の電解時間は８．７ｔ（＝１２．１６ｔ×０．７１７）であり、第１電解工程から第４電解工程時間の合計は９１．４ｔ（＝８２．７ｔ＋８．７ｔ）となる。第４電解工程では、原料水と同じ８５％重水を３．４４Ｌ回収しているので、運転前を規準にした消費８５％重水は３８．２２Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ－１３．９４Ｌ－３．４４Ｌ）となる。第４電解工程までで得られる重水濃縮水は濃度９８％の重水高濃度液２９．５Ｌである。消費した８５％重水は３８．２２Ｌであるから、９８％重水濃縮液の回収率は７７．２％（＝２９．５/３８．２２×１００）となる。
続いて弁１１を開放して再結合水槽６の再結合水を電解前槽２に供給して電解する。電解の方法は第１電解工程と同じである。電解を繰り返し、重水濃縮水の重水濃度が８５％に達したら電解を停止し、弁１０，１０ａ、２０を開放して電解後槽３から重水濃縮水を原料水槽１４に全量供給し、弁１０，１０ａ、２０を閉止する。
回収した重水濃度８５％の重水濃縮水は３．４４Ｌであり、再結合水槽６内の再結合水（８．７２Ｌ）の重水濃度は４０．９％である。
第４電解工程の電解時間は８．７ｔ（＝１２．１６ｔ×０．７１７）であり、第１電解工程から第４電解工程時間の合計は９１．４ｔ（＝８２．７ｔ＋８．７ｔ）となる。第４電解工程では、原料水と同じ８５％重水を３．４４Ｌ回収しているので、運転前を規準にした消費８５％重水は３８．２２Ｌ（＝１００Ｌ－４４．４Ｌ－１３．９４Ｌ－３．４４Ｌ）となる。第４電解工程までで得られる重水濃縮水は濃度９８％の重水高濃度液２９．５Ｌである。消費した８５％重水は３８．２２Ｌであるから、９８％重水濃縮液の回収率は７７．２％（＝２９．５/３８．２２×１００）となる。
【0076】
【表3】
【0077】
実施例３（再結合水再電解法）、および実施例４（原料水電解回収法）に基づき、以下のように考察できる。
図６は、実施例３（図中、〇）と実施例４（図中、●）の重水濃度９８％の重水高濃縮液の回収率（９８％回収率（％））を比較した図であり、電解工程毎の９８％合計回収率の変化をプロットしたものである。
実施例３では、図４に示す第６電解工程後の９８％合計回収率は７０．５％であり、図示しないが更に同様の電解工程を４回繰り返すと（第７～第１０電解工程）、９８％合計回収率が７８％に達する。第６電解工程までの電解時間の合計は２６９．９ｔ（時間）であり、第１０電解工程までの電解時間の合計は３７０ｔ（時間）である。
実施例４では合計４回の電解工程（第１～第４の電解工程）で重水高濃縮液の回収率が７８％に達しており、実施例４の総電解時間は９０ｔ（時間）である。
図６から実施例４（原料水電解回収法）は実施例３（再結合水再電解法）よりも９８％回収率が高く、しかも１／４の電解時間で高回収率を達成できることがわかる。原料となる重水量が少なく、高回収率が望まれる状況では、実施例４の方法が実施例３の方法より望ましい。ただ９８％重水の製造量は、実施例４では、２９．４９Ｌであるのに対し、実施例３では第６電解工程」までで７０．５Ｌとなっており、重水濃縮液の製造量という視点での比較も必要である。
なお、従来の重水濃縮液の製造方法は、再結合水を利用していなかったり、重水濃縮液を連続的に原料水と混合しているため、実施例１、２よりも劣る結果である。
図６は、実施例３（図中、〇）と実施例４（図中、●）の重水濃度９８％の重水高濃縮液の回収率（９８％回収率（％））を比較した図であり、電解工程毎の９８％合計回収率の変化をプロットしたものである。
実施例３では、図４に示す第６電解工程後の９８％合計回収率は７０．５％であり、図示しないが更に同様の電解工程を４回繰り返すと（第７～第１０電解工程）、９８％合計回収率が７８％に達する。第６電解工程までの電解時間の合計は２６９．９ｔ（時間）であり、第１０電解工程までの電解時間の合計は３７０ｔ（時間）である。
実施例４では合計４回の電解工程（第１～第４の電解工程）で重水高濃縮液の回収率が７８％に達しており、実施例４の総電解時間は９０ｔ（時間）である。
図６から実施例４（原料水電解回収法）は実施例３（再結合水再電解法）よりも９８％回収率が高く、しかも１／４の電解時間で高回収率を達成できることがわかる。原料となる重水量が少なく、高回収率が望まれる状況では、実施例４の方法が実施例３の方法より望ましい。ただ９８％重水の製造量は、実施例４では、２９．４９Ｌであるのに対し、実施例３では第６電解工程」までで７０．５Ｌとなっており、重水濃縮液の製造量という視点での比較も必要である。
なお、従来の重水濃縮液の製造方法は、再結合水を利用していなかったり、重水濃縮液を連続的に原料水と混合しているため、実施例１、２よりも劣る結果である。
【0078】
図７は、１００Ｌの原料水（重水濃度８５％）を用いて実施例３（再結合水再電解法）で製造した重水高濃縮液量（重水濃度９８％）と、実施例４（原料水電解回収法）で製造した重水高濃縮液量（重水濃度９８％）を示す。なお、実施例４では第１電解工程から第４電解工程までを１単位とし、これを３回繰り返した（３単位）。
実施例４の１単位で消費する８５％重水量は３８．２２Ｌであるから、原料水槽１４にあらかじめ６１．７８Ｌ以上の重水濃度８５％の重水が残っていれば、３８．２２Ｌの重水濃度８５％重水を追加することで１００Ｌとなり、次の１単位の電解工程を実施し、６１．７８Ｌ以上の重水濃度８５％の重水を残せる。図７の実施例４の１回目では３８．２２Ｌの原料水を消費し、２回目終了までに３８．２２×２Ｌ、３回目終了までに３８．２２×３Ｌの原料水を消費している。一方、実施例３では、原料水１００Ｌを消費して得られる９８％重水製造量を示している。
図７の実施例３と実施例４は、電解時間２００ｔ以上で差が大きくなっているように見えるが、実施例３でも、実施例４のように第４電解工程辺りまでを１単位として、新しい原料水で２単位目を実施すれば、実施例４との差が拡大することはない。
図７に示す電解時間、あるいは電解時間に比例する電解に要するエネルギーと９８％重水製造量との関係では、実施例３と実施例４の差は小さい。
実施例４の１単位で消費する８５％重水量は３８．２２Ｌであるから、原料水槽１４にあらかじめ６１．７８Ｌ以上の重水濃度８５％の重水が残っていれば、３８．２２Ｌの重水濃度８５％重水を追加することで１００Ｌとなり、次の１単位の電解工程を実施し、６１．７８Ｌ以上の重水濃度８５％の重水を残せる。図７の実施例４の１回目では３８．２２Ｌの原料水を消費し、２回目終了までに３８．２２×２Ｌ、３回目終了までに３８．２２×３Ｌの原料水を消費している。一方、実施例３では、原料水１００Ｌを消費して得られる９８％重水製造量を示している。
図７の実施例３と実施例４は、電解時間２００ｔ以上で差が大きくなっているように見えるが、実施例３でも、実施例４のように第４電解工程辺りまでを１単位として、新しい原料水で２単位目を実施すれば、実施例４との差が拡大することはない。
図７に示す電解時間、あるいは電解時間に比例する電解に要するエネルギーと９８％重水製造量との関係では、実施例３と実施例４の差は小さい。
【0079】
本発明の実施例２と従来例（特許文献１、２）の電解方法とを比較する。
本発明の実施例２によれば、図３の電解率０から電解率０．１７までの間、電解前槽２内の電解用水の重水濃度は８１．８％より高く、電解後槽３内の重水濃縮水８５．４％より低い値で推移しているので、この間の電解後槽３内の重水濃縮水と電解前槽２内の電解用水の重水濃度差は、３．６％（＝８５．４％－８１．８％）を超えることはない（図中、▲）。
電解率０．１７の時点では、電解用水量１００ｍＬから８３ｍＬに減少しており、電解前槽２内に５ｍＬ残っているので電解後槽３内の重水濃縮水は７８ｍＬ（＝８３ｍＬ－５ｍＬ）である。電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２へ移動させる工程は、７８ｍＬの濃度８５．４％よりも低い重水濃縮水と５ｍＬの濃度８１．８％より高い重水を混合して８３ｍＬの重水濃度８５．４％の重水を作る操作であるから混合前の電解後槽内の重水濃度は８５．６％（＝（８３×８５．４－５×８１．８)／７８）より低く、この混合による重水濃度低下は０．２％以下と考えられる。
本発明の実施例２によれば、図３の電解率０から電解率０．１７までの間、電解前槽２内の電解用水の重水濃度は８１．８％より高く、電解後槽３内の重水濃縮水８５．４％より低い値で推移しているので、この間の電解後槽３内の重水濃縮水と電解前槽２内の電解用水の重水濃度差は、３．６％（＝８５．４％－８１．８％）を超えることはない（図中、▲）。
電解率０．１７の時点では、電解用水量１００ｍＬから８３ｍＬに減少しており、電解前槽２内に５ｍＬ残っているので電解後槽３内の重水濃縮水は７８ｍＬ（＝８３ｍＬ－５ｍＬ）である。電解後槽３内の重水濃縮水を電解前槽２へ移動させる工程は、７８ｍＬの濃度８５．４％よりも低い重水濃縮水と５ｍＬの濃度８１．８％より高い重水を混合して８３ｍＬの重水濃度８５．４％の重水を作る操作であるから混合前の電解後槽内の重水濃度は８５．６％（＝（８３×８５．４－５×８１．８)／７８）より低く、この混合による重水濃度低下は０．２％以下と考えられる。
【0080】
一方、電解後槽３から電解前槽２へ連続的に重水濃縮水を供給する従来例の方法では、重水濃度８１．８％の電解前槽２の重水と重水濃度８５．６％より若干低い電解後槽３の重水を絶えず混合する操作であり、混合による電解前槽２内重水の増加量は電解後槽３内重水の減少量に等しいので、混合に伴う電解後槽３の重水濃度低下は１．９％（＝（８５．６－８１．８）／２）である。
電解率０．１７の電解で、重水濃度は３．６％上昇しているので、この混合による重水濃度低下１．９％を挽回するには、電解率０．０９（＝０．１７×１．９／３．６）の余計な電解が必要となり、混合により電解時間及び消費エネルギーが１．５３倍（=（０．１７＋０．０９）／０．１７多く必要である。
電解率０．１７の電解で、重水濃度は３．６％上昇しているので、この混合による重水濃度低下１．９％を挽回するには、電解率０．０９（＝０．１７×１．９／３．６）の余計な電解が必要となり、混合により電解時間及び消費エネルギーが１．５３倍（=（０．１７＋０．０９）／０．１７多く必要である。
【0081】
本発明の実施例では、従来例にくらべて電解水混合による重水濃縮水の濃度低下を抑制でき、電解時間および消費エネルギーを低減できる。
本発明者らが残存する電解用水量について検討した結果、電解セルへの電解用水供給量が不足すると、電極劣化が生じることがわかった。そのため電解を継続しながら重水濃縮水を電解前槽２に供給する場合は、電解セル内で電解用水不足が生じないようにすることが好ましい。
実施例２では原料水槽１４から電解前槽２に供給された原料水量に対して電解前槽２内の電解用水が５％程度まで低下した時点で電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給した。なお、同様の供給条件は電解前槽２の容量を基準として設定も可能であり、電解後槽３内の重水濃縮水量に対する電解前槽２内の電解水量の比を基準にして設定してもよい。
本発明では既存の設備を使用したが、電解前槽２や接続ライン（配管）に改良を加えて電解前槽２内の電解用水が５％以下に低下しても電解セル内の電解用水不足が生じないようにすることもできる。
本発明者らが残存する電解用水量について検討した結果、電解セルへの電解用水供給量が不足すると、電極劣化が生じることがわかった。そのため電解を継続しながら重水濃縮水を電解前槽２に供給する場合は、電解セル内で電解用水不足が生じないようにすることが好ましい。
実施例２では原料水槽１４から電解前槽２に供給された原料水量に対して電解前槽２内の電解用水が５％程度まで低下した時点で電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給した。なお、同様の供給条件は電解前槽２の容量を基準として設定も可能であり、電解後槽３内の重水濃縮水量に対する電解前槽２内の電解水量の比を基準にして設定してもよい。
本発明では既存の設備を使用したが、電解前槽２や接続ライン（配管）に改良を加えて電解前槽２内の電解用水が５％以下に低下しても電解セル内の電解用水不足が生じないようにすることもできる。
【0082】
また電解セルにおいて電解用水不足での電解を回避するために、電解を停止させて電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に供給すれば、電解劣化を抑制しつつ電解前槽２内に残存する電解用水量をゼロ、乃至５％未満にすることも可能である。但し、電解を停止して重水濃縮水を供給する場合は、電解停止時間が加算され重水濃縮に要する時間が長くなる。
【0083】
実施例５
実施例１、３、４では、電解による重水濃縮過程のシミュレーションの結果を示した。このシミュレーションは、物質保存則に基づく計算であるから、計算そのものは妥当なものであるが、実物の装置がその結果を実現できる構造であるとは限らない。実施例３、４では、電解の進行と共に電解用水の量が減少するので、装置内に残留し取り出すことができない量があると重水高濃縮液の製造量の低下に繋がる。
この電解用水残量は、装置の改良によって低減可能な量ではあるが、電解セル１内、電解前槽２の底部、電解後槽３の底部、配管など電解用水循環系に必ず電解用水は残留し、残留量をゼロにはできない。
実施例５では上記のような場合を想定し、電解前槽２の容量は１００Ｌで、１００Ｌの電解用水を１ヶ月で電解できる装置であり、電解用水残量が１０Ｌである場合を考え、実施例３（再結合水再電解法）及び実施例４（原料水電解回収法）の重水高濃縮液の収量がどのように変化するかを計算した。
なお、電解用水循環系には、電解セル以外に電解によって発生する不純物イオンを除去するイオン交換樹脂など必要に応じて系内に不純物イオン除去手段を入れることがある。このような場合、残留水が残りやすく電解前槽２に投入した原料水の例えば１０％相当量が循環系に残留することがあるため、本ケースでは残留量を１０Ｌに設定した。また再結合水の回収系は内部に複雑な構造物を含まないため、再結合水はすべて回収できるものとした。なお、残留量の設定は装置のサイズ、構成等などによっても変動するため適宜設定できる。
実施例１、３、４では、電解による重水濃縮過程のシミュレーションの結果を示した。このシミュレーションは、物質保存則に基づく計算であるから、計算そのものは妥当なものであるが、実物の装置がその結果を実現できる構造であるとは限らない。実施例３、４では、電解の進行と共に電解用水の量が減少するので、装置内に残留し取り出すことができない量があると重水高濃縮液の製造量の低下に繋がる。
この電解用水残量は、装置の改良によって低減可能な量ではあるが、電解セル１内、電解前槽２の底部、電解後槽３の底部、配管など電解用水循環系に必ず電解用水は残留し、残留量をゼロにはできない。
実施例５では上記のような場合を想定し、電解前槽２の容量は１００Ｌで、１００Ｌの電解用水を１ヶ月で電解できる装置であり、電解用水残量が１０Ｌである場合を考え、実施例３（再結合水再電解法）及び実施例４（原料水電解回収法）の重水高濃縮液の収量がどのように変化するかを計算した。
なお、電解用水循環系には、電解セル以外に電解によって発生する不純物イオンを除去するイオン交換樹脂など必要に応じて系内に不純物イオン除去手段を入れることがある。このような場合、残留水が残りやすく電解前槽２に投入した原料水の例えば１０％相当量が循環系に残留することがあるため、本ケースでは残留量を１０Ｌに設定した。また再結合水の回収系は内部に複雑な構造物を含まないため、再結合水はすべて回収できるものとした。なお、残留量の設定は装置のサイズ、構成等などによっても変動するため適宜設定できる。
【0084】
原料水電解回収法と再結合水再電解法を適用した場合の共通設定条件
電解前槽２の容量：１００Ｌ
開始月のみ原料水（重水濃度８５％）は１００Ｌ必要であるが、電解によって重水濃度８５％の重水を回収できる原料水電解回収法では２ヶ月目以降、毎月追加する新たな原料水（重水濃度８５％）はその前の月で消費した量とする。新たに追加した原料水と回収した重水を混合すると１００Ｌになるためである。
最終目標重水濃度（重水高濃縮液の重水濃度）：９８％
電解用水の電解処理能力：１００Ｌ／月
電解用水残量（電解前槽２と電解セル１と電解後槽３で構成される電解用水循環系内に残留し、抜き出せない電解用水（重水濃縮水））：１０Ｌ
電解セルの重水濃縮に関わる分離係数：３
電解前槽２の容量：１００Ｌ
開始月のみ原料水（重水濃度８５％）は１００Ｌ必要であるが、電解によって重水濃度８５％の重水を回収できる原料水電解回収法では２ヶ月目以降、毎月追加する新たな原料水（重水濃度８５％）はその前の月で消費した量とする。新たに追加した原料水と回収した重水を混合すると１００Ｌになるためである。
最終目標重水濃度（重水高濃縮液の重水濃度）：９８％
電解用水の電解処理能力：１００Ｌ／月
電解用水残量（電解前槽２と電解セル１と電解後槽３で構成される電解用水循環系内に残留し、抜き出せない電解用水（重水濃縮水））：１０Ｌ
電解セルの重水濃縮に関わる分離係数：３
【0085】
実施例５－１（原料水電解回収法を適用した場合）
実施例４と同様にして重水濃度８５％の原料水を図２に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液（重水濃度９８％）の製造シミュレーションを行った。
開始月の原料水は１００Ｌであるが、２ヶ月目以降の原料水槽１４には、電解によって生成した重水濃度８５％の重水（図８中、先月残重水、以下同じ）が残っているので、１００Ｌからこの重水量を差し引いた原料水を毎月供給（今月入手重水）すれば、１００Ｌ（電解水）の電解工程の実施が可能となる。ここでは２ヶ月目以後の重水高濃縮液の製造に基づいて図２、図８を参照しつつ説明する。
実施例４と同様にして重水濃度８５％の原料水を図２に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液（重水濃度９８％）の製造シミュレーションを行った。
開始月の原料水は１００Ｌであるが、２ヶ月目以降の原料水槽１４には、電解によって生成した重水濃度８５％の重水（図８中、先月残重水、以下同じ）が残っているので、１００Ｌからこの重水量を差し引いた原料水を毎月供給（今月入手重水）すれば、１００Ｌ（電解水）の電解工程の実施が可能となる。ここでは２ヶ月目以後の重水高濃縮液の製造に基づいて図２、図８を参照しつつ説明する。
【0086】
第１電解工程
電解前槽２に供給された１００Ｌの電解用水（電解水）は電解セル１で電気分解される。電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、重水濃縮水の重水濃度が９０．２％（中間目標重水濃度）になるまで電解を繰り返す。
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％：中間濃度重水）は、７３．９Ｌである。重水濃縮水を電解前槽２に全量移動させる操作は行わず、弁１７を開放して再結合水槽６中の再結合水２６．１Ｌ（重水濃度７０．１％：生成水１）を再結合水一時保管槽１５に供給した後、弁１７を閉止し、第１電解工程を終了とする。
ここまでは、電解用水循環系の電解用水を全量抜き取る操作はない。
電解前槽２に供給された１００Ｌの電解用水（電解水）は電解セル１で電気分解される。電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると弁１０、１０ａ、１０ｂを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａ、１０ｂを閉止する。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解セル１に供給し、重水濃縮水の重水濃度が９０．２％（中間目標重水濃度）になるまで電解を繰り返す。
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％：中間濃度重水）は、７３．９Ｌである。重水濃縮水を電解前槽２に全量移動させる操作は行わず、弁１７を開放して再結合水槽６中の再結合水２６．１Ｌ（重水濃度７０．１％：生成水１）を再結合水一時保管槽１５に供給した後、弁１７を閉止し、第１電解工程を終了とする。
ここまでは、電解用水循環系の電解用水を全量抜き取る操作はない。
【0087】
第２電解工程
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％：中間濃度重水）７３．９Ｌを電解開始時の電解用水として電解セル１で電解する。電解して得られた重水濃縮水は電解後槽３に貯留すると共に、重水濃縮水の重水濃度が最終目標重水濃度（９８％）に達するまで電解を繰り返す。この際、重水濃縮水は上記と同様の条件で間欠的な供給をする。
重水濃度９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する。再結合水４４．４Ｌは原料水槽１４に供給する。
第２電解工程で生成した濃度９８％の重水高濃縮液（濃縮重水１）は２９．５Ｌであるが、電解用水残量１０Ｌであるため、実際に回収できる重水高濃縮液量は１９．５Ｌである。この第２電解工程で生成した濃度８５％の再結合水４４．４Ｌ（回収水１）は原料水槽に回収できる。第２電解工程の電解率は６０．１％（４４．４Ｌ／７３．９Ｌ）である。この装置は、１カ月で１００Ｌの電解用水を電解できる能力があるので、第１電解工程の電解時間は０．２６１ヶ月、第２電解工程の電解時間は０．４４４ヶ月（＝０．７３９×０．６０１）で第１と第２電解工程の合計電解時間は０．７０５ヶ月であり、設備稼働率は７０．５％である。
引き続き、第３電解工程を実施するため、実施例４で説明した操作と同じ操作で、一時保管再結合水２６．１Ｌ（濃度７０．１％：生成水１）を電解用水循環系に導入すると残留していた９８％重水１０Ｌ（残留水）と混合され、濃度７７．８％の混合水３６．１Ｌとなる。この混合水を濃度８５％まで濃縮すると、８５％重水２６．０Ｌ（回収水２）が電解用水循環系に残る。
第３電解工程の電解率は２８．０％で初期電解用水量は３６．１Ｌ（混合水）であるから、電解時間は０．１０１ヶ月（＝３６．１×０．２８／１００）であり、第１電解工程から第３電解工程までの合計電解時間は０．８０６カ月となり、設備稼働率は８０．６％となる。
この第３電解工程が８５％重水を回収できる限界である。第４電解工程を実施しても電解用水電解系に残る濃度８５％重水１０Ｌと第３電解工程で生成した濃度５９．３％の再結合水１０．１Ｌとの混合水を８５％まで電解しても、得られる８５％重水は１１．５Ｌであり、第４電解工程で得られる８５％重水の増加量は１．５Ｌに過ぎない。第２、第３電解工程で回収した８５％重水量は合計７０．４Ｌなので、毎月２９．６Ｌの濃度８５％重水から１９．５Ｌの９８％の重水高濃縮液を製造することになる。濃度８５％の原料水に対する９８％の重水濃縮液の回収率は６５．９％（＝１９．５／２９．６×１００）である。
電解前槽２内の重水濃縮水（重水濃度９０．２％：中間濃度重水）７３．９Ｌを電解開始時の電解用水として電解セル１で電解する。電解して得られた重水濃縮水は電解後槽３に貯留すると共に、重水濃縮水の重水濃度が最終目標重水濃度（９８％）に達するまで電解を繰り返す。この際、重水濃縮水は上記と同様の条件で間欠的な供給をする。
重水濃度９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する。再結合水４４．４Ｌは原料水槽１４に供給する。
第２電解工程で生成した濃度９８％の重水高濃縮液（濃縮重水１）は２９．５Ｌであるが、電解用水残量１０Ｌであるため、実際に回収できる重水高濃縮液量は１９．５Ｌである。この第２電解工程で生成した濃度８５％の再結合水４４．４Ｌ（回収水１）は原料水槽に回収できる。第２電解工程の電解率は６０．１％（４４．４Ｌ／７３．９Ｌ）である。この装置は、１カ月で１００Ｌの電解用水を電解できる能力があるので、第１電解工程の電解時間は０．２６１ヶ月、第２電解工程の電解時間は０．４４４ヶ月（＝０．７３９×０．６０１）で第１と第２電解工程の合計電解時間は０．７０５ヶ月であり、設備稼働率は７０．５％である。
引き続き、第３電解工程を実施するため、実施例４で説明した操作と同じ操作で、一時保管再結合水２６．１Ｌ（濃度７０．１％：生成水１）を電解用水循環系に導入すると残留していた９８％重水１０Ｌ（残留水）と混合され、濃度７７．８％の混合水３６．１Ｌとなる。この混合水を濃度８５％まで濃縮すると、８５％重水２６．０Ｌ（回収水２）が電解用水循環系に残る。
第３電解工程の電解率は２８．０％で初期電解用水量は３６．１Ｌ（混合水）であるから、電解時間は０．１０１ヶ月（＝３６．１×０．２８／１００）であり、第１電解工程から第３電解工程までの合計電解時間は０．８０６カ月となり、設備稼働率は８０．６％となる。
この第３電解工程が８５％重水を回収できる限界である。第４電解工程を実施しても電解用水電解系に残る濃度８５％重水１０Ｌと第３電解工程で生成した濃度５９．３％の再結合水１０．１Ｌとの混合水を８５％まで電解しても、得られる８５％重水は１１．５Ｌであり、第４電解工程で得られる８５％重水の増加量は１．５Ｌに過ぎない。第２、第３電解工程で回収した８５％重水量は合計７０．４Ｌなので、毎月２９．６Ｌの濃度８５％重水から１９．５Ｌの９８％の重水高濃縮液を製造することになる。濃度８５％の原料水に対する９８％の重水濃縮液の回収率は６５．９％（＝１９．５／２９．６×１００）である。
【0088】
実施例５－２（再結合水再電解法）
実施例３と同様にして重水濃度８５％の原料水を図１に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液（重水濃度９８％）の製造シミュレーションを行った。
実施例３と同様の方法では、原料水と同じ濃度の重水を電解過程で生成することはない。開始月だけでなく、２ヶ月目以降も毎月１００Ｌの濃度８５％の原料水が提供される場合と、毎月２９．６Ｌの濃度８５％の原料水が提供される場合について、シミュレーションする。毎月２９．６Ｌの原料水が提供される場合を設定したのは、入手可能な原料水の量が制限されている環境下で、再結合水再電解法と原料水電解回収法の比較を行うためである。一方、毎月１００Ｌの原料水が提供される場合を設定したのは、原料水は十分入手可能な環境下での再結合水再電解法と原料水電解回収法の比較を行うためである。
実施例３と同様にして重水濃度８５％の原料水を図１に示す電解装置で電解処理を行い、重水高濃縮液（重水濃度９８％）の製造シミュレーションを行った。
実施例３と同様の方法では、原料水と同じ濃度の重水を電解過程で生成することはない。開始月だけでなく、２ヶ月目以降も毎月１００Ｌの濃度８５％の原料水が提供される場合と、毎月２９．６Ｌの濃度８５％の原料水が提供される場合について、シミュレーションする。毎月２９．６Ｌの原料水が提供される場合を設定したのは、入手可能な原料水の量が制限されている環境下で、再結合水再電解法と原料水電解回収法の比較を行うためである。一方、毎月１００Ｌの原料水が提供される場合を設定したのは、原料水は十分入手可能な環境下での再結合水再電解法と原料水電解回収法の比較を行うためである。
【0089】
実施例５－２－１（毎月１００Ｌ供給し、電解用水残量１０Ｌの再結合水再電解法）
以下、図１、図９を参照しつつ説明する。図１に示す装置を用い、弁１６を開放して原料水槽１４から原料水全量（１００Ｌ：図９中、今月入手重水、以下同じ）を電解前槽２に供給した後、弁１６を閉止する。
電解前槽２から原料水（電解水）を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する（間欠的供給）。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解し、電解後槽３から電解前槽２に上記の様にして重水濃縮水を電解前槽２に間欠的に供給して電解を繰り返す。重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃度９８％の重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第１電解工程）。
第１電解工程で生成した濃度９８％の重水高濃縮液（濃縮重水）は２９．５Ｌであるが、電解用水残量１０Ｌであるため、実際に回収できる重水高濃縮液量（製造量１）は１９．５Ｌである。第１電解工程の電解率は７０．５％である。初期電解用水は１００Ｌであり、１００Ｌ電解するのに１カ月を要する設備であるから電解時間は０．７０５ヶ月である。
続いて弁１１を開放して再結合水槽６から重水濃度７９．６％の再結合水７０．５Ｌ（生成水１）を電解前槽２に全量供給して弁１１を閉止した。この再結合水は、電解用水電解系に残留していた濃度９８％の重水１０Ｌ（残留水）と混合され、濃度８１．９％の重水８０．５Ｌ（混合水）が、第２電解工程の電解用水となる。この電解用水を電解セル１に供給して電解すると共に、電解して得られた重水濃縮液を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給は上記と同様の間欠的な供給とする。弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する（間欠的供給）。
重水濃縮水の重水濃度が９８％まで電解を続けようとすると電解率７４．６％までの電解が必要であり、第２電解工程の電解時間が０．６０カ月（＝８０．５×０．７４６／１００）必要となるが、第１電解工程の電解時間と加算すると１カ月を超えるため、電解装置をフル稼働しても９８％重水濃縮液を得ることができない。
したがって、第２工程は実施できず、第１電解工程で、濃度８５％の原料水１００Ｌから濃度９８％の重水高濃縮液１９．５Ｌしか得ることはできず、その回収率は１９．５％である。
第１電解工程の電解率は７０．５％で電解時間は０．７０５カ月であり、設備稼働率は７０．５％である。
第２電解工程で９８％まで電解するには電解時間がかかり過ぎる。一方、８５％の電解は電解率１３．９％で０．１１２ヶ月（＝８０．５×０．１３９／１００）しかかからないので、第１電解工程との合計時間は０．８１７ヶ月（設備稼働率８１．７％）となる。濃度８５％の重水が６９．３Ｌ（＝８０．５×（１－０．１３９））回収されるので、消費した８５％重水量は３０．７Ｌ、９８％の重水濃縮液の回収率は６３．５％（＝１９．５／３０．７×１００）であり、実施例５－１の原料水電解回収法の重水濃縮液回収率に近い値となる。第２電解工程で原料水濃度まで電解するこの方法も原料水電解回収法の類例であり、本発明例である。
以下、図１、図９を参照しつつ説明する。図１に示す装置を用い、弁１６を開放して原料水槽１４から原料水全量（１００Ｌ：図９中、今月入手重水、以下同じ）を電解前槽２に供給した後、弁１６を閉止する。
電解前槽２から原料水（電解水）を電解開始時の電解用水として電解セル１に供給して電気分解を行うと共に、電解して得られた重水濃縮水を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する（間欠的供給）。電解前槽２に供給された重水濃縮水を電解用水として電解し、電解後槽３から電解前槽２に上記の様にして重水濃縮水を電解前槽２に間欠的に供給して電解を繰り返す。重水濃縮水の重水濃度が９８％に達したら電解を停止し、弁１０、１２を開放して電解後槽３から重水濃度９８％の重水濃縮水（重水高濃縮液）を濃縮水槽７に供給し、弁１０、１２を閉止する（第１電解工程）。
第１電解工程で生成した濃度９８％の重水高濃縮液（濃縮重水）は２９．５Ｌであるが、電解用水残量１０Ｌであるため、実際に回収できる重水高濃縮液量（製造量１）は１９．５Ｌである。第１電解工程の電解率は７０．５％である。初期電解用水は１００Ｌであり、１００Ｌ電解するのに１カ月を要する設備であるから電解時間は０．７０５ヶ月である。
続いて弁１１を開放して再結合水槽６から重水濃度７９．６％の再結合水７０．５Ｌ（生成水１）を電解前槽２に全量供給して弁１１を閉止した。この再結合水は、電解用水電解系に残留していた濃度９８％の重水１０Ｌ（残留水）と混合され、濃度８１．９％の重水８０．５Ｌ（混合水）が、第２電解工程の電解用水となる。この電解用水を電解セル１に供給して電解すると共に、電解して得られた重水濃縮液を電解後槽３に貯留する。電解前槽２の電解用水が５Ｌまで低下すると電解後槽３から電解前槽２への重水濃縮水の供給は上記と同様の間欠的な供給とする。弁１０、１０ａを開放して電解後槽３から重水濃縮水を電解前槽２に全量供給し、弁１０、１０ａを閉止する（間欠的供給）。
重水濃縮水の重水濃度が９８％まで電解を続けようとすると電解率７４．６％までの電解が必要であり、第２電解工程の電解時間が０．６０カ月（＝８０．５×０．７４６／１００）必要となるが、第１電解工程の電解時間と加算すると１カ月を超えるため、電解装置をフル稼働しても９８％重水濃縮液を得ることができない。
したがって、第２工程は実施できず、第１電解工程で、濃度８５％の原料水１００Ｌから濃度９８％の重水高濃縮液１９．５Ｌしか得ることはできず、その回収率は１９．５％である。
第１電解工程の電解率は７０．５％で電解時間は０．７０５カ月であり、設備稼働率は７０．５％である。
第２電解工程で９８％まで電解するには電解時間がかかり過ぎる。一方、８５％の電解は電解率１３．９％で０．１１２ヶ月（＝８０．５×０．１３９／１００）しかかからないので、第１電解工程との合計時間は０．８１７ヶ月（設備稼働率８１．７％）となる。濃度８５％の重水が６９．３Ｌ（＝８０．５×（１－０．１３９））回収されるので、消費した８５％重水量は３０．７Ｌ、９８％の重水濃縮液の回収率は６３．５％（＝１９．５／３０．７×１００）であり、実施例５－１の原料水電解回収法の重水濃縮液回収率に近い値となる。第２電解工程で原料水濃度まで電解するこの方法も原料水電解回収法の類例であり、本発明例である。
【0090】
実施例５－２－２（毎月２９．６Ｌ供給し電解用水残量１０Ｌの再結合水再電解法）
以下、図１、図１０を参照しつつ説明する。毎月２９．６Ｌ（今月入手重水）を電解する再結合水再電解法での重水高濃縮液と再結合水の生成量は、図４（原料水１００Ｌを再結合水再電解法で電解濃縮する図）の重水量をすべて０．２９６倍した値となる。第１電解工程でできる重水高濃縮液は８．７Ｌ（＝２９．５×０．２９６）であるが（濃縮重水１）、１０Ｌ以下であるから取り出すことはできない。
そこで電解用水（電解水）を３か月分を貯めてから電解濃縮する。重水高濃縮液は２６．１Ｌ（＝８．７×３：重水濃縮水１）生成するので、取り出し量は１６．１Ｌとなり、重水濃縮液の月平均製造量は５．３７Ｌ（＝１６．１／３）となる。重水濃縮液の回収率は１８．１％（＝５．３７／２９．６）である。
第１電解工程の電解率は７０．５％であり、電解時間は０．２０９カ月（＝２９．６×０．７０５／１００）である。設備稼働率は２０．９％と低く、設備能力には余裕があるが、原料水不足でこれ以上重水高濃縮液を増産できない。
以下、図１、図１０を参照しつつ説明する。毎月２９．６Ｌ（今月入手重水）を電解する再結合水再電解法での重水高濃縮液と再結合水の生成量は、図４（原料水１００Ｌを再結合水再電解法で電解濃縮する図）の重水量をすべて０．２９６倍した値となる。第１電解工程でできる重水高濃縮液は８．７Ｌ（＝２９．５×０．２９６）であるが（濃縮重水１）、１０Ｌ以下であるから取り出すことはできない。
そこで電解用水（電解水）を３か月分を貯めてから電解濃縮する。重水高濃縮液は２６．１Ｌ（＝８．７×３：重水濃縮水１）生成するので、取り出し量は１６．１Ｌとなり、重水濃縮液の月平均製造量は５．３７Ｌ（＝１６．１／３）となる。重水濃縮液の回収率は１８．１％（＝５．３７／２９．６）である。
第１電解工程の電解率は７０．５％であり、電解時間は０．２０９カ月（＝２９．６×０．７０５／１００）である。設備稼働率は２０．９％と低く、設備能力には余裕があるが、原料水不足でこれ以上重水高濃縮液を増産できない。
【0091】
電解用水循環系に残留し、取り出せない量が大きい装置を用いた実施例５－１、５－２－１、５－２－２のシミュレーション結果を表４に示す。
残留水がゼロの場合は、図６に示すように数回の電解工程で、７０％を超える９８％重水の回収率が得られるが、残留水があると重水高濃縮液の回収率が著しく低くなる。このことからも電解用循環系に残る残留水の低減が重要であることがわかる。
残留水の大きい装置では、原料水電解回収法（実施例５－１）が再結合水再電解法（実施例５－２－１、５－２－２）より重水高濃縮液の回収率が高く有利であり、特に原料水の供給量が不十分な環境の下では、原料水電解回収法の有利性が顕著になることがわかった。
残留水がゼロの場合は、図６に示すように数回の電解工程で、７０％を超える９８％重水の回収率が得られるが、残留水があると重水高濃縮液の回収率が著しく低くなる。このことからも電解用循環系に残る残留水の低減が重要であることがわかる。
残留水の大きい装置では、原料水電解回収法（実施例５－１）が再結合水再電解法（実施例５－２－１、５－２－２）より重水高濃縮液の回収率が高く有利であり、特に原料水の供給量が不十分な環境の下では、原料水電解回収法の有利性が顕著になることがわかった。
【0092】
【表4】
【符号の説明】
【0093】
１ 電解セル
１ａ アノード室
１ｂ カソード室
１ｃ 電解質膜
１ｃ－１ アノード電極
１ｃ－２ カソード電極
２ 電解前槽
３ 電解後槽
４ 再結合器
５ チラー
６ 再結合水槽
７ 濃縮水槽
７ａ 重水濃縮水一時保管槽
８ 希釈水槽
９ ポンプ
１０ 弁
１０ａ 弁
１０ｂ 弁
１１ 弁
１２ 弁
１３ 弁
１４ 原料水槽
１５ 再結合水一時保管槽
１６ 弁
１７ 弁
１７ａ 弁
１７ｂ 弁
１８ 弁
１９ 弁
２０ 弁
２１ ポンプ
２２ 接続ライン
２３ 接続ライン
２４ 接続ライン
２５ 接続ライン
２６ 接続ライン
２７ 接続ライン
２８ 接続ライン
３１ 接続ライン
３２ 接続ライン
３３ 接続ライン
１ａ アノード室
１ｂ カソード室
１ｃ 電解質膜
１ｃ－１ アノード電極
１ｃ－２ カソード電極
２ 電解前槽
３ 電解後槽
４ 再結合器
５ チラー
６ 再結合水槽
７ 濃縮水槽
７ａ 重水濃縮水一時保管槽
８ 希釈水槽
９ ポンプ
１０ 弁
１０ａ 弁
１０ｂ 弁
１１ 弁
１２ 弁
１３ 弁
１４ 原料水槽
１５ 再結合水一時保管槽
１６ 弁
１７ 弁
１７ａ 弁
１７ｂ 弁
１８ 弁
１９ 弁
２０ 弁
２１ ポンプ
２２ 接続ライン
２３ 接続ライン
２４ 接続ライン
２５ 接続ライン
２６ 接続ライン
２７ 接続ライン
２８ 接続ライン
３１ 接続ライン
３２ 接続ライン
３３ 接続ライン
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】