水素製造装置
【課題】 使用済核燃料の崩壊熱を有効に活用することができる水素製造装置を提供する。
【解決手段】 熱回収手段１０と、熱供給手段１５と、水素生成手段２０Ａとを備え、熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、流路１１（１１ａ，１１ｂ）により接続されている。熱回収手段１０には、その内部に使用済核燃料が収められた容器２が設けられ、この使用済核燃料から発せられる崩壊熱が熱媒体Ｓに回収される。熱回収された熱媒体Ｓは、流路１１ｂを介して熱供給手段１５に送られ、反応部２１に熱を供給するようになっている。反応部２１では、原料供給部２２から原料が供給されて、熱媒体Ｓが有する熱を反応時の熱源として水素が生成される。
【解決手段】 熱回収手段１０と、熱供給手段１５と、水素生成手段２０Ａとを備え、熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、流路１１（１１ａ，１１ｂ）により接続されている。熱回収手段１０には、その内部に使用済核燃料が収められた容器２が設けられ、この使用済核燃料から発せられる崩壊熱が熱媒体Ｓに回収される。熱回収された熱媒体Ｓは、流路１１ｂを介して熱供給手段１５に送られ、反応部２１に熱を供給するようになっている。反応部２１では、原料供給部２２から原料が供給されて、熱媒体Ｓが有する熱を反応時の熱源として水素が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所から排出される使用済核燃料の崩壊熱を利用して水素を製造する水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所において発生する使用済核燃料は、再処理されてウランやプルトニウム等のリサイクル可能な核燃料物質が前記使用済核燃料から回収される。このリサイクル可能な核燃料物質を回収する前の使用済核燃料は、崩壊熱を放出するため、再処理されるまでの間、使用済核燃料を燃料棒に収めた状態のままで、例えば原子力発電所に設けられた専用の貯蔵プールや中間貯蔵施設などで冷却しながら保管される。保管期間経過後、燃料棒から取り出された使用済核燃料は、再処理されてウランやプルトニウム等が回収されて残りはガラス固化されて、さらに長期間地上で保管された後に地層処分される。
【０００３】
従来、このような使用済核燃料から放出される崩壊熱は、有効活用されずにそのまま外部に放出されるだけであった。そこで、資源保護や省エネルギーなどを図る観点から、使用済核燃料から放出される崩壊熱を有効活用するための技術が種々提案されており、例えば、特許文献１ないし３では、使用済核燃料の熱を利用して発電を行う技術が提案されている。
【０００４】
また、近年、環境保護の観点から燃料電池自動車など水素を燃料とする燃料電池の開発や普及が進められている。このため、今後水素の需要が一層増えることが予想され、水素を安定して供給することが望まれている。水素を製造する方法としては、天然ガスなどの化石燃料の燃焼熱を反応時の熱源として利用することが一般に行われている。しかし、化石燃料の燃焼熱を熱源にすると、水素とともに地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素を大量に発生するという問題を生じる。そこで、二酸化炭素を発生させないで水素を生成する技術として、例えば特許文献４〜６に記載のものが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２２１２９７号公報（段落００３５〜００４１、図１）
【特許文献２】特開２００４−１０９０１３号公報（段落００２９，００３０）
【特許文献３】特開平５−１５００９９号公報（段落０００７）
【特許文献４】特開２００２−２４１１０１号公報（段落０００９〜００１０、図１）
【特許文献５】特開２０００−３２７３０１号公報（段落０００４，０００５、図１）
【特許文献６】特開２００３−５４９０２号公報（段落００１０〜００１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１〜３に記載のように使用済核燃料の崩壊熱を利用して発電するシステムでは、崩壊熱の放出を制御することが困難であり、しかも電気は貯蔵可能な媒体ではないため、電力が必要なときに発電を行うと発電が不要なときに熱が無駄に放出され、崩壊熱を有効に活用することができなくなる。
【０００６】
また、特許文献４に記載の原子炉の熱を直接に利用するシステムでは、原子炉の熱を回収する熱媒体が特定の温度に設定されてしまうため、水素生成時に必要な熱源を反応形態に適した温度に設定することが困難になる。また、特許文献４ないし６は、いずれも原子炉を利用して水素を生成する技術については提案されているが、使用済核燃料の崩壊熱を有効活用する技術については何ら検討されていない。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、使用済核燃料などから放出される崩壊熱を有効に活用することができ、また水素製造時の反応形態に適した温度に調整することが可能な水素製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、使用済核燃料または崩壊熱を発する核廃棄物から放出される熱を所定の熱媒体を介して回収する熱回収手段と、前記熱回収手段で回収された熱を利用して水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段に前記熱回収手段で回収された熱を供給する熱供給手段と、前記熱回収手段と前記熱供給手段との間で前記熱媒体を循環させる流路とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用済核燃料から発せられる崩壊熱を利用して貯蔵可能な水素を製造することで崩壊熱を有効に活用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の水素製造装置を示す全体構成図、図２は、熱回収手段の内部構造を示す断面図である。なお、以下の各実施形態では、使用済核燃料の崩壊熱を利用して水素を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、この水素製造装置１Ａは、熱回収手段１０と、流路１１（第１の流路１１ａ，第２の流路１１ｂ）と、循環ポンプ１２と、熱供給手段１５と、水素生成手段２０Ａとを備えて構成されている。
【００１２】
図２に示すように、熱回収手段１０は、筒型の収納部１０ａを有し、この収納部１０ａ内に複数の容器２を収めたものである。容器２は、金属材料で形成された筒体３を有し、この筒体３内に使用済核燃料Ｗを収めて密閉したものである。本実施形態での使用済核燃料Ｗとは、所定期間発電を行った後に原子炉から取り出された使用済核燃料の集合体を構成する各燃料棒に収められたペレットを意味している。なお、筒体３は、使用済核燃料Ｗから熱を取り出し易い形状および材質となっている。ここで、熱を取り出しやすい形状とは、例えば筒体３が細長いなど、単位体積当りの表面積が大きな形状である。熱を取り出しやすい形状にすることにより、熱回収手段１０をコンパクトにしつつ、大きな熱を水素生成手段２０Ａを構成する後記の反応部２１に供給することができるようになる。また、容器２としては、原子炉から取り出した使用済核燃料Ｗが収められた燃料棒であってもよい。
【００１３】
図１に示すように、熱供給手段１５は、例えば金属製で、反応部２１が収められる筒型の形状をしている。熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、その下部同士が、加熱前の流体が流れる第１の流路１１ａで接続されている。また、熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、その上部同士が、加熱後の流体が流れる第２の流路１１ｂで接続されている。第１の流路１１ａの途中には循環ポンプ１２が設けられており、熱回収手段１０で容器２が発する熱により加熱された熱媒体Ｓは、第２の流路１１ｂを経由して熱供給手段１５に供給され、熱供給手段１５で反応部２１に熱を供給した熱媒体Ｓは、第１の流路１１ａを経由して熱回収手段１０に戻るようになっている。つまり、熱媒体Ｓは、第１の流路１１ａと第２の流路１１ｂを経由して、熱回収手段１０と熱供給手段１５とを循環するようになっている。なお、熱回収手段１０、流路１１、及び熱供給手段１５は、熱を有効利用できるように、それぞれ断熱材で保温されている。また、熱供給手段１５は、筒型に限定されるものではなく、反応部に熱を供給できるものであれば特に限定されるものではない。
本実施形態では、循環ポンプ１２は、第１の流路１１ａ側に設けられているが、第２の流路１１ｂ側に設けられていてもよい。
【００１４】
なお、使用済核燃料Ｗから発せられる熱は、使用済核燃料Ｗに含まれる核分裂生成物質（ＦＰ；Ｆｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）が崩壊して軽い元素に変換される際に発生するものである。
【００１５】
本実施形態では、図２に示すように、熱回収手段１０は、複数の容器２が互いに所定の間隔をあけた状態で収納部１０ａ内部の空間内に配置されている。図２では、縦長の容器２が熱媒体Ｓの流れに沿う方向に置かれているが、容器２が流れに直角な方向に置かれていてもよい。本実施形態では、収納部１０ａ内に容器２を複数配置しているので、各容器２と熱媒体Ｓとの接触面積を広く設定できるので、使用済核燃料Ｗの崩壊熱の回収率を高めることができる。
【００１６】
熱媒体Ｓとしては、熱の回収が可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、水、炭酸ガスなどから選択することができる。なお、熱媒体Ｓは、原子炉の冷却材と同様、放射化されないこと、比熱が大きいこと、取扱が容易なことなどの特性があることが望ましい。
【００１７】
図１に示すように、水素生成手段２０Ａは、反応部２１と、原料供給部２２と、水素回収部２３とで構成されている。
【００１８】
反応部２１は、原料供給部２２から供給された原料を用いて水素を製造する装置であり、反応部２１での反応形態としては、熱の存在下で水素生成反応が進行するものであれば熱に限定されるものではないが、熱分解法、改質法、熱化学法のうちの１種の方法から選択することができる。熱分解法としては、例えば、水の熱分解法、メタンの熱分解法、メタノールの熱分解法などから選択できる。改質法としては、例えば、天然ガスの水蒸気改質法、石灰ガス化法、メタノールの水蒸気改質法、天然ガスのＣＯ2改質法などから選択できる。熱化学法としては、例えば、ＩＳ（Ｉｏｄｉｎｅ−Ｓｕｌｆｕｒ）プロセスなどから選択できる。なお、熱分解法、改質法および熱化学法は、いずれも公知の原理である。
【００１９】
例えば、改質法の一例として、天然ガスの水蒸気改質法について述べると、この方法は、メタン（ＣＨ4）と水（Ｈ2Ｏ）を原料供給部２２からそれぞれ供給して、所定の温度の熱を与えながら互いに反応させることにより水素（Ｈ2）を生成する方法である。ただし、この反応形態を利用すると二酸化炭素を発生することになるが、水素反応時に必要な熱源は、使用済核燃料Ｗから放出される崩壊熱を利用するので、化石燃料の燃焼熱を利用する場合と比べて二酸化炭素の排出量を少なくできる。よって、地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素の発生量を低く抑えた状態で水素を製造できるようになる。
【００２０】
また、熱化学法の一例として、ＩＳプロセスについて述べると、この方法は、水を原料供給部２２から供給し、ブンゼン反応、ヨウ化水素分解反応および硫酸分解反応を組み合わせて所定の熱を与えながら反応させることにより、水素を生成する方法である。この反応形態を利用すると、二酸化炭素を排出せずに水素を製造することできるようになる。
【００２１】
なお、本実施形態では、前記したすべての反応形態を常に選択することができるわけではなく、熱回収手段１０により設定可能な温度に応じて反応部２１での反応形態を選択する必要がある。つまり、熱回収手段１０で設定可能な温度が低い場合には、それに合った反応形態を選択する必要があり、また熱回収手段１０で設定可能な温度を高く設定できる場合には、高温の熱源が必要な反応形態を選択することができる。
【００２２】
反応部２１では、水素のみが捕集されて水素回収部２３に集められる。この水素回収部２３は、例えば高圧ボンベや大型のタンクであり、これらボンベやタンクに水素を回収することにより水素を長期間保管しておくことができる。このように、本実施形態では、使用済核燃料Ｗからの崩壊熱を利用して貯蔵可能な水素を製造できるので、崩壊熱を無駄に外部に排出することがなくなり、崩壊熱の有効利用が可能になる。また、崩壊熱は、長期間連続して排出されるので、水素を安定的に連続供給できるようになる。なお、反応形態によって異なるが、前記したように水素生成時の副生成物として二酸化炭素が生成される反応形態の場合には、二酸化炭素を処理する装置（図示せず）を設けて二酸化炭素を大気中に放出しない処理をすることが好ましい。
【００２３】
次に、本実施形態の水素製造装置１Ａにおいて、水素が生産されるまでの流れについて説明する。
循環ポンプ１２を作動すると熱媒体Ｓが熱回収手段１０と熱供給手段１５との間で循環を開始し、使用済核燃料Ｗから筒体３を通して放出される崩壊熱は、熱媒体Ｓによって回収される。崩壊熱によって加熱され高温状態になった熱媒体Ｓは、第２の流路１１ｂを通って熱供給手段１５に送られる。熱供給手段１５は、詳しく図示していないが、反応部２１に対して水素生成反応時に必要な熱を供給できる構成となっている。反応部２１では、熱供給手段１５から熱を受け取り、この熱を反応時の熱源として利用して、水素が生成される。そして、熱供給手段１５から排出された熱媒体Ｓは、反応部２１で熱の一部が吸収されているので、熱供給手段１５に導入する前よりも低い温度で第１の流路１１ａから排出されて熱回収手段１０に戻る。そして、熱媒体Ｓは、容器２から発せられる崩壊熱によって再び加熱されて、第２の流路１１ｂを介して反応部２１へ送られる。このようにして熱媒体Ｓは、熱回収手段１０と熱供給手段１５との間を循環して、反応部２１に連続的に熱を供給できるようになっている。
【００２４】
また、本実施形態で調整手段として機能する循環ポンプ１２は、出力の調整が可能で、熱回収手段１０と熱供給手段１５との間を循環する熱媒体Ｓの流量を制御できるようになっている。これにより、反応部２１に供給可能な温度を調整できるようになり、反応部２１での反応形態に適した温度に設定できるようになる。
【００２５】
なお、前記のように熱媒体Ｓの流量を変化させて温度を調整できるようにしたとしても、熱が無駄に外部に放出されることはないので、熱の有効利用が損なわれることがない。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この実施形態の水素製造装置１Ｂは、使用済核燃料Ｗから放出される崩壊熱が有する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して水の電気分解法により水素を製造する水素生成手段２０Ｂを搭載している。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、第３実施形態以降の各実施形態についても同様とする。
【００２７】
水素生成手段２０Ｂは、熱電変換部２５と、電気分解部２６とを備えている。熱電変換部２５は、熱電素子を有し、この熱電素子は、前記熱供給手段１５を介して熱エネルギーを電気エネルギーに直接に変換している。なお、熱電素子としては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できるものであれば特に限定されるものではなく、従来から一般的に使用されている素子から選択することができる。
【００２８】
電気分解部２６は、水の電気分解法により水素を製造できる装置により構成されている。この水の電気分解法としては、例えば、アルカリ水電解法、高温・高圧アルカリ水電解法、固体高分子電解質水電解法、および高温水蒸気電解法のうちのいずれか１種から選択することができる。なお、いずれの電気分解法も公知の原理である。
【００２９】
例えば、電気分解法の一例として、固体高分子電解質水電解法について述べると、この方法は、イオン交換膜を隔膜および電解質として用い、その両側に電極を接合し、純水を電解して水素を生成する方法である。この方法によれば、メンテナンスが容易であるとともに、高純度の水素を高い効率で得ることができるようになる。
【００３０】
第２実施形態の水素製造装置１Ｂでは、使用済核燃料Ｗの崩壊熱を回収した熱媒体Ｓは、熱電変換部２５によって熱エネルギーが電気エネルギーに直接に変換される。熱電変換部２５と接続された電気分解部２６は、原料供給部２２から供給された水を、熱電変換部２５から供給された電気によって電気分解する。この水の電気分解により、電気分解部２６に設けられた図示しない電極の陰極側から水素が生成され陽極側から酸素が生成される。
【００３１】
第２実施形態では、電気エネルギーを利用して水素を生成するので、電気分解部２６での電気分解法としてアルカリ水電解法や固体高分子電解質水電解法を利用すると、比較的に高温度の熱源が不要になるので、熱媒体Ｓを高温度に設定することが困難な原子炉から取り出される使用済核燃料を利用できるようになる。
【００３２】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｃは、前記水素製造装置１Ａの反応部２１の後段すなわち第１の流路１１ａにタービン発電部３１を備える構成である。このタービン発電部３１は、第１の流路１１ａの途中に設けられ、タービンと発電機とボイラ（いずれも図示せず）などで構成されている。タービンは、例えば蒸気タービンであり、ボイラによって熱媒体Ｓの熱を利用して水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気によって回転駆動される。このときの蒸気タービンの回転トルクによって発電機が回転駆動されて電気が生成される。
【００３３】
図４に示す実施形態では、タービン発電部３１を搭載することにより、水素の製造とともに発電を行うことができるようになり、使用済核燃料Ｗの崩壊熱を損なうことなく利用範囲を広げることができる。また、タービン発電部３１を反応部２１の後段に設けることにより、熱回収手段１０から熱回収した高温の熱媒体Ｓを直接に反応部２１に導入することができるので、水素生成反応においてより高温の熱が必要な反応形態の反応部２１に好適に利用できる。
【００３４】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｄは、タービン発電部３２を反応部２１の前段すなわち第２の流路１１ｂに設けた構成である。このタービン発電部３２は、前記タービン発電部３１と同じ構成であり、タービンと発電機とボイラなどで構成されている。
【００３５】
図５に示す実施形態では、タービン発電部３２を反応部２１の前段に設けることにより、熱回収手段１０で熱回収した高温の熱媒体Ｓの熱がタービン発電部３２によって奪われてより低い温度の熱媒体Ｓが反応部２１に導入される。よって、低めの温度の熱源で水素を生成する反応形態を有する反応部２１に好適に利用できる。
【００３６】
第３および第４実施形態に示すように、本実施形態では、タービン発電部３１，３２を設けることにより、前記した実施形態のように熱媒体Ｓの流量を調整しなくても反応部２１に与える熱の温度を制御できるようになる。その結果、反応部２１に導入する熱の温度を制御する機構を設ける必要がないので、水素製造装置１Ｃ，１Ｄの構成を簡略化することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、第３および第４実施形態に示すように、タービン発電部３１，３２を設けて発電する場合、反応部２１での反応において例えば電気分解を組み合わせると、反応部２１における水素の生産効率を上げることができる場合があり、また反応部２１で必要な温度を下げることができる可能性がある。また、反応部２１で必要な温度を下げることができると、反応部２１を構成する材料として高コストな材料を使用する必要がなくなり、また反応部２１を構成する装置の劣化を抑制することができる。
【００３８】
また、使用済核燃料Ｗの崩壊熱のみでは熱媒体Ｓを反応部２１に必要な温度まで加熱できない場合に、タービン発電部３１の電力を併用して熱媒体Ｓを反応部２１に必要な温度まで上昇させるようにしてもよい。すなわち、本実施形態では、使用する水素製造方式における要求熱量に応じて適宜構成を変えることができる。
【００３９】
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｅは、第１実施形態の熱回収手段１０と熱供給手段１５との間に中間熱交換器４０を設けたものである。中間熱交換器４０は、熱交換部４０ａ及び熱交換部４０ｂと、流路４１（第１の流路４１ａ，第２の流路４１ｂ，第３の流路４１ｃ，第４の流路４１ｄ）とを有している。熱回収手段１０と熱交換部４０ａとは、下部同士が、加熱前の熱媒体Ｓが流れる第１の流路４１ａで接続され、上部同士が、加熱後の熱媒体Ｓが流れる第２の流路４１ｂで接続されている。また、熱交換部４０ｂと熱供給手段１５とは、下部同士が、熱交換前の前記熱媒体Ｓとは異なる熱媒体Ｓａが流れる第３の流路４１ｃで接続され、上部同士が、熱交換後の熱媒体Ｓａが流れる第４の流路４１ｄで接続されている。また、第３の流路４１ｃの途中には、循環ポンプ１３が設けられており、中間熱交換器４０で熱交換された熱媒体Ｓａは、第４の流路４１ｄを経由して熱供給手段１５に供給され、熱供給手段１５で反応部２１に熱を供給した熱媒体Ｓａは、第３の流路４１ｃを経由して熱交換部４０ｂに戻るようになっている。
【００４０】
なお、中間熱交換器４０では、熱媒体Ｓと熱媒体Ｓａとが互いに交じり合わないようになっている。また、循環ポンプ１３は、前記した循環ポンプ１２と同様な出力調整可能な機構が設けられて、熱媒体Ｓａの流量（流速）を変化できるものでもよい。
【００４１】
第５実施形態では、使用済核燃料Ｗから発する崩壊熱によって加熱され、高温状態となった熱媒体Ｓは、第２の流路４１ｂを通って中間熱交換器４０の熱交換部４０ａに送られる。そして、中間熱交換器４０では、熱媒体Ｓが有する熱が熱交換部４０ｂ内を流れる熱媒体Ｓａに伝達されて、熱媒体Ｓａが高温状態となる。高温の熱媒体Ｓａは、循環ポンプ１３の動力によって第４の流路４１ｄを通って熱供給手段１５に送られる。反応部２１では、熱媒体Ｓａが有する熱を熱源として水素生成が行われる。そして、熱供給手段１５から排出された熱媒体Ｓａは、第３の流路４１ｃを通って熱交換部４０ｂに戻り、熱交換部４０ａから再び熱を受け取る。
【００４２】
第５実施形態のように中間熱交換器４０を設けることにより、放射性物質に汚染された熱媒体Ｓが直接に反応部２１側に供給されることがないので、より安全なシステムとすることができる。
【００４３】
なお、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、熱源としては、原子炉から取り出した使用済核燃料に限定されるものではなく、使用済核燃料を再処理した後に残るいわゆる高レベル放射性廃棄物と称される核廃棄物であってもよい。または、それ以外の崩壊熱を放出する使用後の核廃棄物であってもよい。
【００４４】
また、第３および第４実施形態において、タービン発電部３１，３２を反応部２１の後段と前段に搭載したものについて説明したが、第２実施形態の熱電変換部２５の後段や前段にタービン発電部を搭載する構成であってもよい。また、熱回収手段１０と熱電変換部２５との間に中間熱交換器を設ける構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図２】熱回収手段の内部構造を示す断面図である。
【図３】第２実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図４】第３実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図５】第４実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図６】第５実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ〜１Ｅ 水素製造装置
２ 容器
１０ 熱回収手段
１５ 熱供給手段
１１ａ 第１の流路
１１ｂ 第２の流路
１２，１３ 循環ポンプ（調整手段）
２０Ａ〜２０Ｂ 水素生成手段
２１ 反応部
２２ 原料供給部
２３ 水素回収部
２５ 熱電変換部
２６ 電気分解部
３１，３２ タービン発電部
４０ 中間熱交換器
Ｓ，Ｓａ 熱媒体
Ｗ 使用済核燃料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所から排出される使用済核燃料の崩壊熱を利用して水素を製造する水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所において発生する使用済核燃料は、再処理されてウランやプルトニウム等のリサイクル可能な核燃料物質が前記使用済核燃料から回収される。このリサイクル可能な核燃料物質を回収する前の使用済核燃料は、崩壊熱を放出するため、再処理されるまでの間、使用済核燃料を燃料棒に収めた状態のままで、例えば原子力発電所に設けられた専用の貯蔵プールや中間貯蔵施設などで冷却しながら保管される。保管期間経過後、燃料棒から取り出された使用済核燃料は、再処理されてウランやプルトニウム等が回収されて残りはガラス固化されて、さらに長期間地上で保管された後に地層処分される。
【０００３】
従来、このような使用済核燃料から放出される崩壊熱は、有効活用されずにそのまま外部に放出されるだけであった。そこで、資源保護や省エネルギーなどを図る観点から、使用済核燃料から放出される崩壊熱を有効活用するための技術が種々提案されており、例えば、特許文献１ないし３では、使用済核燃料の熱を利用して発電を行う技術が提案されている。
【０００４】
また、近年、環境保護の観点から燃料電池自動車など水素を燃料とする燃料電池の開発や普及が進められている。このため、今後水素の需要が一層増えることが予想され、水素を安定して供給することが望まれている。水素を製造する方法としては、天然ガスなどの化石燃料の燃焼熱を反応時の熱源として利用することが一般に行われている。しかし、化石燃料の燃焼熱を熱源にすると、水素とともに地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素を大量に発生するという問題を生じる。そこで、二酸化炭素を発生させないで水素を生成する技術として、例えば特許文献４〜６に記載のものが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２２１２９７号公報（段落００３５〜００４１、図１）
【特許文献２】特開２００４−１０９０１３号公報（段落００２９，００３０）
【特許文献３】特開平５−１５００９９号公報（段落０００７）
【特許文献４】特開２００２−２４１１０１号公報（段落０００９〜００１０、図１）
【特許文献５】特開２０００−３２７３０１号公報（段落０００４，０００５、図１）
【特許文献６】特開２００３−５４９０２号公報（段落００１０〜００１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１〜３に記載のように使用済核燃料の崩壊熱を利用して発電するシステムでは、崩壊熱の放出を制御することが困難であり、しかも電気は貯蔵可能な媒体ではないため、電力が必要なときに発電を行うと発電が不要なときに熱が無駄に放出され、崩壊熱を有効に活用することができなくなる。
【０００６】
また、特許文献４に記載の原子炉の熱を直接に利用するシステムでは、原子炉の熱を回収する熱媒体が特定の温度に設定されてしまうため、水素生成時に必要な熱源を反応形態に適した温度に設定することが困難になる。また、特許文献４ないし６は、いずれも原子炉を利用して水素を生成する技術については提案されているが、使用済核燃料の崩壊熱を有効活用する技術については何ら検討されていない。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、使用済核燃料などから放出される崩壊熱を有効に活用することができ、また水素製造時の反応形態に適した温度に調整することが可能な水素製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、使用済核燃料または崩壊熱を発する核廃棄物から放出される熱を所定の熱媒体を介して回収する熱回収手段と、前記熱回収手段で回収された熱を利用して水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段に前記熱回収手段で回収された熱を供給する熱供給手段と、前記熱回収手段と前記熱供給手段との間で前記熱媒体を循環させる流路とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用済核燃料から発せられる崩壊熱を利用して貯蔵可能な水素を製造することで崩壊熱を有効に活用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の水素製造装置を示す全体構成図、図２は、熱回収手段の内部構造を示す断面図である。なお、以下の各実施形態では、使用済核燃料の崩壊熱を利用して水素を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、この水素製造装置１Ａは、熱回収手段１０と、流路１１（第１の流路１１ａ，第２の流路１１ｂ）と、循環ポンプ１２と、熱供給手段１５と、水素生成手段２０Ａとを備えて構成されている。
【００１２】
図２に示すように、熱回収手段１０は、筒型の収納部１０ａを有し、この収納部１０ａ内に複数の容器２を収めたものである。容器２は、金属材料で形成された筒体３を有し、この筒体３内に使用済核燃料Ｗを収めて密閉したものである。本実施形態での使用済核燃料Ｗとは、所定期間発電を行った後に原子炉から取り出された使用済核燃料の集合体を構成する各燃料棒に収められたペレットを意味している。なお、筒体３は、使用済核燃料Ｗから熱を取り出し易い形状および材質となっている。ここで、熱を取り出しやすい形状とは、例えば筒体３が細長いなど、単位体積当りの表面積が大きな形状である。熱を取り出しやすい形状にすることにより、熱回収手段１０をコンパクトにしつつ、大きな熱を水素生成手段２０Ａを構成する後記の反応部２１に供給することができるようになる。また、容器２としては、原子炉から取り出した使用済核燃料Ｗが収められた燃料棒であってもよい。
【００１３】
図１に示すように、熱供給手段１５は、例えば金属製で、反応部２１が収められる筒型の形状をしている。熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、その下部同士が、加熱前の流体が流れる第１の流路１１ａで接続されている。また、熱回収手段１０と熱供給手段１５とは、その上部同士が、加熱後の流体が流れる第２の流路１１ｂで接続されている。第１の流路１１ａの途中には循環ポンプ１２が設けられており、熱回収手段１０で容器２が発する熱により加熱された熱媒体Ｓは、第２の流路１１ｂを経由して熱供給手段１５に供給され、熱供給手段１５で反応部２１に熱を供給した熱媒体Ｓは、第１の流路１１ａを経由して熱回収手段１０に戻るようになっている。つまり、熱媒体Ｓは、第１の流路１１ａと第２の流路１１ｂを経由して、熱回収手段１０と熱供給手段１５とを循環するようになっている。なお、熱回収手段１０、流路１１、及び熱供給手段１５は、熱を有効利用できるように、それぞれ断熱材で保温されている。また、熱供給手段１５は、筒型に限定されるものではなく、反応部に熱を供給できるものであれば特に限定されるものではない。
本実施形態では、循環ポンプ１２は、第１の流路１１ａ側に設けられているが、第２の流路１１ｂ側に設けられていてもよい。
【００１４】
なお、使用済核燃料Ｗから発せられる熱は、使用済核燃料Ｗに含まれる核分裂生成物質（ＦＰ；Ｆｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）が崩壊して軽い元素に変換される際に発生するものである。
【００１５】
本実施形態では、図２に示すように、熱回収手段１０は、複数の容器２が互いに所定の間隔をあけた状態で収納部１０ａ内部の空間内に配置されている。図２では、縦長の容器２が熱媒体Ｓの流れに沿う方向に置かれているが、容器２が流れに直角な方向に置かれていてもよい。本実施形態では、収納部１０ａ内に容器２を複数配置しているので、各容器２と熱媒体Ｓとの接触面積を広く設定できるので、使用済核燃料Ｗの崩壊熱の回収率を高めることができる。
【００１６】
熱媒体Ｓとしては、熱の回収が可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス、水、炭酸ガスなどから選択することができる。なお、熱媒体Ｓは、原子炉の冷却材と同様、放射化されないこと、比熱が大きいこと、取扱が容易なことなどの特性があることが望ましい。
【００１７】
図１に示すように、水素生成手段２０Ａは、反応部２１と、原料供給部２２と、水素回収部２３とで構成されている。
【００１８】
反応部２１は、原料供給部２２から供給された原料を用いて水素を製造する装置であり、反応部２１での反応形態としては、熱の存在下で水素生成反応が進行するものであれば熱に限定されるものではないが、熱分解法、改質法、熱化学法のうちの１種の方法から選択することができる。熱分解法としては、例えば、水の熱分解法、メタンの熱分解法、メタノールの熱分解法などから選択できる。改質法としては、例えば、天然ガスの水蒸気改質法、石灰ガス化法、メタノールの水蒸気改質法、天然ガスのＣＯ2改質法などから選択できる。熱化学法としては、例えば、ＩＳ（Ｉｏｄｉｎｅ−Ｓｕｌｆｕｒ）プロセスなどから選択できる。なお、熱分解法、改質法および熱化学法は、いずれも公知の原理である。
【００１９】
例えば、改質法の一例として、天然ガスの水蒸気改質法について述べると、この方法は、メタン（ＣＨ4）と水（Ｈ2Ｏ）を原料供給部２２からそれぞれ供給して、所定の温度の熱を与えながら互いに反応させることにより水素（Ｈ2）を生成する方法である。ただし、この反応形態を利用すると二酸化炭素を発生することになるが、水素反応時に必要な熱源は、使用済核燃料Ｗから放出される崩壊熱を利用するので、化石燃料の燃焼熱を利用する場合と比べて二酸化炭素の排出量を少なくできる。よって、地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素の発生量を低く抑えた状態で水素を製造できるようになる。
【００２０】
また、熱化学法の一例として、ＩＳプロセスについて述べると、この方法は、水を原料供給部２２から供給し、ブンゼン反応、ヨウ化水素分解反応および硫酸分解反応を組み合わせて所定の熱を与えながら反応させることにより、水素を生成する方法である。この反応形態を利用すると、二酸化炭素を排出せずに水素を製造することできるようになる。
【００２１】
なお、本実施形態では、前記したすべての反応形態を常に選択することができるわけではなく、熱回収手段１０により設定可能な温度に応じて反応部２１での反応形態を選択する必要がある。つまり、熱回収手段１０で設定可能な温度が低い場合には、それに合った反応形態を選択する必要があり、また熱回収手段１０で設定可能な温度を高く設定できる場合には、高温の熱源が必要な反応形態を選択することができる。
【００２２】
反応部２１では、水素のみが捕集されて水素回収部２３に集められる。この水素回収部２３は、例えば高圧ボンベや大型のタンクであり、これらボンベやタンクに水素を回収することにより水素を長期間保管しておくことができる。このように、本実施形態では、使用済核燃料Ｗからの崩壊熱を利用して貯蔵可能な水素を製造できるので、崩壊熱を無駄に外部に排出することがなくなり、崩壊熱の有効利用が可能になる。また、崩壊熱は、長期間連続して排出されるので、水素を安定的に連続供給できるようになる。なお、反応形態によって異なるが、前記したように水素生成時の副生成物として二酸化炭素が生成される反応形態の場合には、二酸化炭素を処理する装置（図示せず）を設けて二酸化炭素を大気中に放出しない処理をすることが好ましい。
【００２３】
次に、本実施形態の水素製造装置１Ａにおいて、水素が生産されるまでの流れについて説明する。
循環ポンプ１２を作動すると熱媒体Ｓが熱回収手段１０と熱供給手段１５との間で循環を開始し、使用済核燃料Ｗから筒体３を通して放出される崩壊熱は、熱媒体Ｓによって回収される。崩壊熱によって加熱され高温状態になった熱媒体Ｓは、第２の流路１１ｂを通って熱供給手段１５に送られる。熱供給手段１５は、詳しく図示していないが、反応部２１に対して水素生成反応時に必要な熱を供給できる構成となっている。反応部２１では、熱供給手段１５から熱を受け取り、この熱を反応時の熱源として利用して、水素が生成される。そして、熱供給手段１５から排出された熱媒体Ｓは、反応部２１で熱の一部が吸収されているので、熱供給手段１５に導入する前よりも低い温度で第１の流路１１ａから排出されて熱回収手段１０に戻る。そして、熱媒体Ｓは、容器２から発せられる崩壊熱によって再び加熱されて、第２の流路１１ｂを介して反応部２１へ送られる。このようにして熱媒体Ｓは、熱回収手段１０と熱供給手段１５との間を循環して、反応部２１に連続的に熱を供給できるようになっている。
【００２４】
また、本実施形態で調整手段として機能する循環ポンプ１２は、出力の調整が可能で、熱回収手段１０と熱供給手段１５との間を循環する熱媒体Ｓの流量を制御できるようになっている。これにより、反応部２１に供給可能な温度を調整できるようになり、反応部２１での反応形態に適した温度に設定できるようになる。
【００２５】
なお、前記のように熱媒体Ｓの流量を変化させて温度を調整できるようにしたとしても、熱が無駄に外部に放出されることはないので、熱の有効利用が損なわれることがない。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この実施形態の水素製造装置１Ｂは、使用済核燃料Ｗから放出される崩壊熱が有する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して水の電気分解法により水素を製造する水素生成手段２０Ｂを搭載している。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。なお、第３実施形態以降の各実施形態についても同様とする。
【００２７】
水素生成手段２０Ｂは、熱電変換部２５と、電気分解部２６とを備えている。熱電変換部２５は、熱電素子を有し、この熱電素子は、前記熱供給手段１５を介して熱エネルギーを電気エネルギーに直接に変換している。なお、熱電素子としては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できるものであれば特に限定されるものではなく、従来から一般的に使用されている素子から選択することができる。
【００２８】
電気分解部２６は、水の電気分解法により水素を製造できる装置により構成されている。この水の電気分解法としては、例えば、アルカリ水電解法、高温・高圧アルカリ水電解法、固体高分子電解質水電解法、および高温水蒸気電解法のうちのいずれか１種から選択することができる。なお、いずれの電気分解法も公知の原理である。
【００２９】
例えば、電気分解法の一例として、固体高分子電解質水電解法について述べると、この方法は、イオン交換膜を隔膜および電解質として用い、その両側に電極を接合し、純水を電解して水素を生成する方法である。この方法によれば、メンテナンスが容易であるとともに、高純度の水素を高い効率で得ることができるようになる。
【００３０】
第２実施形態の水素製造装置１Ｂでは、使用済核燃料Ｗの崩壊熱を回収した熱媒体Ｓは、熱電変換部２５によって熱エネルギーが電気エネルギーに直接に変換される。熱電変換部２５と接続された電気分解部２６は、原料供給部２２から供給された水を、熱電変換部２５から供給された電気によって電気分解する。この水の電気分解により、電気分解部２６に設けられた図示しない電極の陰極側から水素が生成され陽極側から酸素が生成される。
【００３１】
第２実施形態では、電気エネルギーを利用して水素を生成するので、電気分解部２６での電気分解法としてアルカリ水電解法や固体高分子電解質水電解法を利用すると、比較的に高温度の熱源が不要になるので、熱媒体Ｓを高温度に設定することが困難な原子炉から取り出される使用済核燃料を利用できるようになる。
【００３２】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｃは、前記水素製造装置１Ａの反応部２１の後段すなわち第１の流路１１ａにタービン発電部３１を備える構成である。このタービン発電部３１は、第１の流路１１ａの途中に設けられ、タービンと発電機とボイラ（いずれも図示せず）などで構成されている。タービンは、例えば蒸気タービンであり、ボイラによって熱媒体Ｓの熱を利用して水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気によって回転駆動される。このときの蒸気タービンの回転トルクによって発電機が回転駆動されて電気が生成される。
【００３３】
図４に示す実施形態では、タービン発電部３１を搭載することにより、水素の製造とともに発電を行うことができるようになり、使用済核燃料Ｗの崩壊熱を損なうことなく利用範囲を広げることができる。また、タービン発電部３１を反応部２１の後段に設けることにより、熱回収手段１０から熱回収した高温の熱媒体Ｓを直接に反応部２１に導入することができるので、水素生成反応においてより高温の熱が必要な反応形態の反応部２１に好適に利用できる。
【００３４】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｄは、タービン発電部３２を反応部２１の前段すなわち第２の流路１１ｂに設けた構成である。このタービン発電部３２は、前記タービン発電部３１と同じ構成であり、タービンと発電機とボイラなどで構成されている。
【００３５】
図５に示す実施形態では、タービン発電部３２を反応部２１の前段に設けることにより、熱回収手段１０で熱回収した高温の熱媒体Ｓの熱がタービン発電部３２によって奪われてより低い温度の熱媒体Ｓが反応部２１に導入される。よって、低めの温度の熱源で水素を生成する反応形態を有する反応部２１に好適に利用できる。
【００３６】
第３および第４実施形態に示すように、本実施形態では、タービン発電部３１，３２を設けることにより、前記した実施形態のように熱媒体Ｓの流量を調整しなくても反応部２１に与える熱の温度を制御できるようになる。その結果、反応部２１に導入する熱の温度を制御する機構を設ける必要がないので、水素製造装置１Ｃ，１Ｄの構成を簡略化することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、第３および第４実施形態に示すように、タービン発電部３１，３２を設けて発電する場合、反応部２１での反応において例えば電気分解を組み合わせると、反応部２１における水素の生産効率を上げることができる場合があり、また反応部２１で必要な温度を下げることができる可能性がある。また、反応部２１で必要な温度を下げることができると、反応部２１を構成する材料として高コストな材料を使用する必要がなくなり、また反応部２１を構成する装置の劣化を抑制することができる。
【００３８】
また、使用済核燃料Ｗの崩壊熱のみでは熱媒体Ｓを反応部２１に必要な温度まで加熱できない場合に、タービン発電部３１の電力を併用して熱媒体Ｓを反応部２１に必要な温度まで上昇させるようにしてもよい。すなわち、本実施形態では、使用する水素製造方式における要求熱量に応じて適宜構成を変えることができる。
【００３９】
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
この水素製造装置１Ｅは、第１実施形態の熱回収手段１０と熱供給手段１５との間に中間熱交換器４０を設けたものである。中間熱交換器４０は、熱交換部４０ａ及び熱交換部４０ｂと、流路４１（第１の流路４１ａ，第２の流路４１ｂ，第３の流路４１ｃ，第４の流路４１ｄ）とを有している。熱回収手段１０と熱交換部４０ａとは、下部同士が、加熱前の熱媒体Ｓが流れる第１の流路４１ａで接続され、上部同士が、加熱後の熱媒体Ｓが流れる第２の流路４１ｂで接続されている。また、熱交換部４０ｂと熱供給手段１５とは、下部同士が、熱交換前の前記熱媒体Ｓとは異なる熱媒体Ｓａが流れる第３の流路４１ｃで接続され、上部同士が、熱交換後の熱媒体Ｓａが流れる第４の流路４１ｄで接続されている。また、第３の流路４１ｃの途中には、循環ポンプ１３が設けられており、中間熱交換器４０で熱交換された熱媒体Ｓａは、第４の流路４１ｄを経由して熱供給手段１５に供給され、熱供給手段１５で反応部２１に熱を供給した熱媒体Ｓａは、第３の流路４１ｃを経由して熱交換部４０ｂに戻るようになっている。
【００４０】
なお、中間熱交換器４０では、熱媒体Ｓと熱媒体Ｓａとが互いに交じり合わないようになっている。また、循環ポンプ１３は、前記した循環ポンプ１２と同様な出力調整可能な機構が設けられて、熱媒体Ｓａの流量（流速）を変化できるものでもよい。
【００４１】
第５実施形態では、使用済核燃料Ｗから発する崩壊熱によって加熱され、高温状態となった熱媒体Ｓは、第２の流路４１ｂを通って中間熱交換器４０の熱交換部４０ａに送られる。そして、中間熱交換器４０では、熱媒体Ｓが有する熱が熱交換部４０ｂ内を流れる熱媒体Ｓａに伝達されて、熱媒体Ｓａが高温状態となる。高温の熱媒体Ｓａは、循環ポンプ１３の動力によって第４の流路４１ｄを通って熱供給手段１５に送られる。反応部２１では、熱媒体Ｓａが有する熱を熱源として水素生成が行われる。そして、熱供給手段１５から排出された熱媒体Ｓａは、第３の流路４１ｃを通って熱交換部４０ｂに戻り、熱交換部４０ａから再び熱を受け取る。
【００４２】
第５実施形態のように中間熱交換器４０を設けることにより、放射性物質に汚染された熱媒体Ｓが直接に反応部２１側に供給されることがないので、より安全なシステムとすることができる。
【００４３】
なお、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変更することができる。例えば、熱源としては、原子炉から取り出した使用済核燃料に限定されるものではなく、使用済核燃料を再処理した後に残るいわゆる高レベル放射性廃棄物と称される核廃棄物であってもよい。または、それ以外の崩壊熱を放出する使用後の核廃棄物であってもよい。
【００４４】
また、第３および第４実施形態において、タービン発電部３１，３２を反応部２１の後段と前段に搭載したものについて説明したが、第２実施形態の熱電変換部２５の後段や前段にタービン発電部を搭載する構成であってもよい。また、熱回収手段１０と熱電変換部２５との間に中間熱交換器を設ける構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図２】熱回収手段の内部構造を示す断面図である。
【図３】第２実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図４】第３実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図５】第４実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【図６】第５実施形態の水素製造装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ〜１Ｅ 水素製造装置
２ 容器
１０ 熱回収手段
１５ 熱供給手段
１１ａ 第１の流路
１１ｂ 第２の流路
１２，１３ 循環ポンプ（調整手段）
２０Ａ〜２０Ｂ 水素生成手段
２１ 反応部
２２ 原料供給部
２３ 水素回収部
２５ 熱電変換部
２６ 電気分解部
３１，３２ タービン発電部
４０ 中間熱交換器
Ｓ，Ｓａ 熱媒体
Ｗ 使用済核燃料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済核燃料または崩壊熱を発する核廃棄物から放出される熱を所定の熱媒体を介して回収する熱回収手段と、前記熱回収手段で回収された熱を利用して水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段に前記熱回収手段で回収された熱を供給する熱供給手段と、前記熱回収手段と前記熱供給手段との間で前記熱媒体を循環させる流路とを備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記水素生成手段は、熱分解法、改質法、および熱化学法のいずれか１種の方法により水素を生成する反応部を有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記水素生成手段は、前記熱を電気に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部で生成された電気を利用して水の電気分解法により水素を生成する電気分解部とを有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記流路には、前記熱媒体の流量を調整可能な調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記熱供給手段から前記熱回収手段に至る前記流路には、前記熱供給手段から排出された後の熱を利用して発電を行うタービン発電部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記熱回収手段から前記熱供給手段に至る前記流路には、前記熱供給手段に供給する前の熱を利用して発電を行うタービン発電部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記熱回収手段と前記熱供給手段との間には、中間熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項１】
使用済核燃料または崩壊熱を発する核廃棄物から放出される熱を所定の熱媒体を介して回収する熱回収手段と、前記熱回収手段で回収された熱を利用して水素を生成する水素生成手段と、前記水素生成手段に前記熱回収手段で回収された熱を供給する熱供給手段と、前記熱回収手段と前記熱供給手段との間で前記熱媒体を循環させる流路とを備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記水素生成手段は、熱分解法、改質法、および熱化学法のいずれか１種の方法により水素を生成する反応部を有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記水素生成手段は、前記熱を電気に変換する熱電変換部と、前記熱電変換部で生成された電気を利用して水の電気分解法により水素を生成する電気分解部とを有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記流路には、前記熱媒体の流量を調整可能な調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記熱供給手段から前記熱回収手段に至る前記流路には、前記熱供給手段から排出された後の熱を利用して発電を行うタービン発電部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記熱回収手段から前記熱供給手段に至る前記流路には、前記熱供給手段に供給する前の熱を利用して発電を行うタービン発電部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記熱回収手段と前記熱供給手段との間には、中間熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−５８２０４（Ｐ２００６−５８２０４Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４２００３（Ｐ２００４−２４２００３）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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