JPH0448093A

JPH0448093A - エネルギー変換装置

Info

Publication number: JPH0448093A
Application number: JP15550290A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Furuya; 富明古屋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は重水の電気分解によってエネルギー変換を行な
う装置の改良に関し、特に電解槽の陰極より発生する重
水素を含む気体を有効かつ安全に利用するものである。

（従来の技術）近年、重水の電気分解によってエネルギー変換を行なう
方法が提案されている。すなわち、重水に電解質を加え
、パラジウムやチタンを陰極とし、白金や金を陽極とし
て電気分解を行なうと、熱の発生とともに、核融合が起
こるときに発生する中性子が観測されたことが報告され
ている。この方法は、新規なエネルギー変換方法として
今後の発展が期待されている。この方法で発生した熱エ
ネルギーは、そのまま熱エネルギーとして利用されたり
、タービンを駆動して電気エネルギーなどに変換される
。

しかし、このエネルギー変換システムでは、電解槽で重
水素の一部がエネルギー変換されるだけであるため、重
水の利用効率が極めて低いという問題がある。すなわち
、電解槽で発生した重水素の大部分は再利用されず、そ
のままシステム外へ排出されてしまう。重水は海水中に
微量に含まれているものを濃縮して得られており、濃縮
するにはエネルギーが必要である。このため、重水素が
再利用されずにそのままシステム外へ排出されてしまう
と、エネルギー変換システム全体としての効率が低下し
てしまう。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、前述したエネルギー変換システムにお
いて、重水から発生する重水素を有効かつ安全に再利用
することにより、システム全体の効率を高めることにあ
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段と作用）本発明のエネルギー変換装置は、電解槽中で重水を電気
分解してエネルギーを発生させる装置において、陰極か
ら発生する重水素と、酸素とを反応させて、重水を生成
させる触媒層を設けたことを特徴とするものである。

以下、本発明のエネルギー変換装置をより詳細に説明す
る触媒としては、白金族元素又は遷移金属元素を含むもの
が好ましい。特に、ハニカム状の構造体に、Ｐｔ、Ｐｄ
又はこれらの合金を担持させた触媒層を用いることが好
ましい。触媒層は、重水が凝縮しない（すなわち露点以
上の）温度範囲に設定される。

酸素を含む気体としては、電解槽の陽極から発生する気
体を使用することか好ましい。このようにすれば、系外
から酸素を供給する必要かないので、効率を高めること
ができる。

電解槽で発生する重水素を含む気体と酸素を含む気体と
は、電解槽内の画電極の液面上部の空間部を隔壁で仕切
ることにより、それぞれ独立に得ることができる。

重水素を含む気体と酸素を含む気体とは、触媒層へ供給
される前に混合される。このとき、安全上の観点から、
重水素と酸素との混合気体の構成は、爆発限界外となる
ように調整することが好ましい。なお、電解槽の陰極か
らは重水素とともに水素も発生するが、この水素は酸素
と混合する以前に水素分離膜などで予め分離することが
好ましい。重水素に同伴する水素が触媒層で酸化されて
水になると、触媒層で生成する重水か希釈される。

このため、重水を電解槽へ移送する場合には、電解槽内
の重水の濃度か低下してしまう。

また、重水素を含む気体と酸素を含む気体とを触媒層で
反応させるにあたっては、触媒層を多段に設け、各触媒
層の間に熱交換器を設置することが好ましい。このよう
な構成では、重水素と酸素との発熱反応で生じる熱を除
去して触媒が過度の高温にさらされて劣化するのを防止
することができるとともに、生成する重水蒸気を液体と
して得ることができる。

この場合、多段に設けた触媒層の各々に、重水素を含む
気体と酸素を含む気体とを供給するにあたっては、種々
の方法が用いられる。例えば、第１段目の触媒層に重水
素を含む気体と酸素を含む気体の全てを供給して、順次
触媒層を通過させて反応させてもよい。また、各段の触
媒層に重水素を含む気体と酸素を含む気体とを供給して
もよい。

各段の触媒層に重水素を含む気体及び酸素を含む気体の
一方又は両方を供給すると、混合された気体を爆発限界
外に調整することが容易になるという利点がある。例え
ば、第１段目の触媒層に、重水素濃度が爆発限界外にな
るように酸素を大過剰に混合して供給すると、この触媒
層の出口では重水素のほとんどが反応し、酸素のみが残
ることになる。次いで、第２段目の触媒層に、重水素を
含む気体を爆発限界外になるように混合して供給する。

後段の触媒層で酸素か減少してきた場合には、酸素又は
酸素と重水素との混合気体を供給すればよい。このよう
な方法を用いれることにより、重水を安全に得ることが
できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１第１図は本発明に係るエネルギー変換装置を示す構成図
である。電解槽１中には重水２が電解質とともに収容さ
れ、重水２中に陰極３及び陽極４が浸漬される。電解槽
１内は、隔壁５により、陰極３上部の空間と陽極４上部
の空間とが仕切られている。

重水２の電気分解により、・陰極３からは重水素と水素
との混合物が、陽極４からは酸素が発生する。これとと
もに、電解槽１内で熱エネルギーが生じる。

陰極３から発生した重水素と水素との混合物は、水素分
離器６に供給され、重水素と水素とに分離される。重水
素は触媒層７へ供給される。水素は回収される。陽極４
から発生した酸素は触媒層７へ供給される。触媒として
は、ノ１ニカム状の構造体に、Ｐｔ、Ｐｄ又はこれらの
合金を担持させたものが用いられる。触媒層７では触媒
の作用により、重水素と酸素とから重水が生成される。

触媒層７で生成した重水は熱交換器８で冷却され、凝縮
して液体となる。生成した液体の重水は再び電解槽１へ
供給される。

電解槽１て発生した熱エネルギーは重水２中に設けられ
た熱交換器９中の熱媒体に与えられる。

この熱媒体はタービンｌＯへ輸送され、発電機１１によ
って熱エネルギーから電気エネルギーへの変換がなされ
る。タービン１０から流出してくる熱媒体は復水器１２
で冷却され、凝縮して液体となり、再び電解槽１中の熱
交換器９へ供給される。

実施例２第２図は本発明に係る他のエネルギー変換装置の一部を
示す構成図である。なお、第２図は電解槽から発生した
重水素及び酸素から液体の重水を得る部分の構成を示す
ものである。第２図では、第１段目の触媒層２１及び熱
交換器２２、第２段目の触媒層２３及び熱交換器２４１
、第３段目の触媒層２５及び熱交換器２６が順次接続さ
れている。

重水の電気分解によって、陰極から発生した重水素と陽
極から発生した酸素とが第１段目の触媒層２１へ供給さ
れる。このとき、重水素と酸素との混合物は爆発限界外
となるように酸素を大過剰に混合する。第１段目の熱交
換器２２で液体の重水が分離された後、残存する酸素に
再び重水素が混合され、第２段目の触媒層２３へ供給さ
れる。前記と同様な操作が第２段目の熱交換器２４、第
３段目の触媒層２５及び第３段目の熱交換器２６で繰り
返され、電解槽１から発生した重水素の全てが液体の重
水に変換され、再び電解槽１に供給される。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、重水の電気分解に
よってエネルギー変換を行なうシステムにおいて、触媒
を用いることにより重水素を安全かつ効率的に重水に再
変換することかできるため、効率か高く、安全なエネル
ギー変換システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１におけるエネルギー変換装置
を示す構成図、第２図は本発明の実施例２におけるエネ
ルギー変換装置の一部を示す構成図である。１・・・電解槽、２・・・重水、３・・・陰極、４・・
・陽極、５・・・隔壁、６・・水素分離器、７．２１．
２３．２５・・・触媒層、８．２２．２４・・・熱交換
器、９・・・熱交換器、１０・・・タービン、１１・・
・発電機、１２・・・復水器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

電解槽中で重水を電気分解してエネルギーを発生させる
装置において、陰極から発生する重水素と、酸素とを反
応させて、重水を生成させる触媒層を設けたことを特徴
とするエネルギー変換装置。