JP2013536404A - トリチウム含有ガスを処理するための膜反応器 - Google Patents
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Abstract
同位体交換工程によって、汚染されたガス状混合物からトリチウムを回収するための装置は、鋼製または他の適切な金属製またはガラス製の好ましくは円筒形状を有する、「モジュール」（１）と称される容器を備え、前記モジュール（１）は選択的に水素およびその同位体を透過する金属または金属合金で製造される少なくとも１つの浸透管（Ｔ）を含み、前記管（Ｔ）は、その自由端が閉止されてカンチレバー形式に設定され、さらには前記浸透管（Ｔ）の自由端へ軸方向の引張力を加えるための手段、および前記管（Ｔ）の前記自由端をこれに隣接するモジュール（１）のエンドフランジ（ＦＦ）へ電気接続するための手段が設けられている。
Description
発明の概要
本発明による機器（デバイス）は、基本的には、選択的に水素およびその同位体を透過する性質を有するパラジウム銀合金製の管（浸透管）を用いる膜反応器よりなる。
本発明による機器（デバイス）は、基本的には、選択的に水素およびその同位体を透過する性質を有するパラジウム銀合金製の管（浸透管）を用いる膜反応器よりなる。
Ｍ．Ｇｌｕｇｌａ、Ａ．Ｐｅｒｅｖｅｚｅｎｔｓｅｖ、Ｄ．Ｎｉｙｏｎｇａｂｏ、Ｒ．Ｄ．Ｐｅｎｚｈｏｒｎ、Ａ．Ｂｅｌｌ、Ｐ．Ｈｅｒｍａｎｎ共著「ＪＥＴ活性ガス処理システムにおける不純物処理用ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉（Ａ ＰＥＲＭＣＡＴ Ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ＪＥＴ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ４９−５０、（２０００年）、８１７〜８２３ページ。
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ＡＳＭハンドブック第２巻「特性と選択：非鉄合金および特殊用途材料」ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １９９０年、ＩＳＢＮ ０−８７１７０−３７８−５（第２巻）
Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｆ．Ｂｏｒｇｏｇｎｏｎｉ、Ｄ．Ｋ．Ｍｕｒｄｏｃｈ共著「ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉モジュールの機械的設計（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ＰＥＲＭＣＡＴ ｒｅａｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ８２、（２００７年）１５３〜１６１ページ。
この機器は、トリチウムによって汚染された物質が取り扱われる実験室およびプラントから持ち込まれる物質（所謂、「軟質のハウスキーピング廃棄物（家庭内廃棄物）」、即ち、手袋、紙、他）からトリチウムを回収するための革新的な方法を実行するために発明されている。
本明細書に記載する膜反応器では、「軟質のハウスキーピング廃棄物」のトリチウム除去工程から生じるトリチウムガス流と、逆流するように設定されるフラッシング水素の流れとの間で同位体交換が発生する。本発明は、その基本構成において、（「指状」または「二重管」方式により）一方の端が閉止されかつ通電によるジュール効果で加熱されるパラジウム合金製の管の採用を想定している。具体的には、浸透管へ引張応力を加えることと、浸透管自体を抵抗加熱するための通電を可能にすることを同時に行うことができる手段を装備した機器が提供される。
本発明は、後述する詳細な説明によって、かつ純粋に限定的ではない例として本発明の幾つかの好適な実施形態を例示する添付の図面を参照することによって、さらに良く理解されるであろう。
１．本技術の現状
核融合炉の燃料サイクルが研究対象である適用分野（アプリケーション）において、ガス流からトリチウムを除去するために［参考文献１，２］、パラジウム銀合金製の浸透管を用いる膜反応器（ＰＥＲＭＣＡＴ）が提案されている。既知であるこの反応器の第１の構成では、図１に示されているように、水素流は、水素同位体に対して選択的浸透性であるパラジウム銀合金製の管状膜内へ、反応器自体の外殻内へ位置決めされる触媒床上へ送られるトリチウムおよびトリチウム化合物を含む（例えば、ＣＯ、ＣＯ２および不活性物質にトリチウム水およびトリチウム化メタンが加わった）ガス流とは逆する流関係で送り込まれる。図１では、トリチウムが文字Ｑで示されている。
核融合炉の燃料サイクルが研究対象である適用分野（アプリケーション）において、ガス流からトリチウムを除去するために［参考文献１，２］、パラジウム銀合金製の浸透管を用いる膜反応器（ＰＥＲＭＣＡＴ）が提案されている。既知であるこの反応器の第１の構成では、図１に示されているように、水素流は、水素同位体に対して選択的浸透性であるパラジウム銀合金製の管状膜内へ、反応器自体の外殻内へ位置決めされる触媒床上へ送られるトリチウムおよびトリチウム化合物を含む（例えば、ＣＯ、ＣＯ２および不活性物質にトリチウム水およびトリチウム化メタンが加わった）ガス流とは逆する流関係で送り込まれる。図１では、トリチウムが文字Ｑで示されている。
使用されるＰｄ−Ａｇ製浸透管は肉厚０．１００ｍｍを有し、かつ長さ対直径比が高い（外径３．３ｍｍおよび長さ５００ｍｍ）ことによって特徴づけられる。概して、パラジウム合金製の管を用いるこの膜反応器は、管自体の伸延／収縮を伴う熱サイクルおよび水素化／脱水素化サイクルに関連する欠点を呈する。この変形は、反応器モジュールによって防止される、または妨げられるとしても、膜の急速な不具合を引き起こして機器の選択性、ひいては機能を喪失させうる、繰返し応力等の機械的応力を生み出す可能性がある。これらの欠点を克服するために、出願人（ＥＮＥＡ）は過去に、薄壁（０．０５０ｍｍ）の浸透管が使用される、水素同位体の浸透流量がより高いことを特徴とする特定構造の膜反応器について研究を行っている［参考文献３］。この構造では、パラジウム管は、異なる変形を補償することができる２つの金属の蛇腹構造（ベローズ）を介して反応器モジュールへ流体密封式に接続され、さらには、据付けの間、このパラジウム管は金属の蛇腹に張力（テンション）をかけることによって反応器モジュールへ溶接により固定され、金属の蛇腹は膨張機器を用いて静止位置に合わせて便宜的に伸張される（図２）。この方法では、その動作状態において、管状膜が物質の構造および特性に適合する軸方向の引張応力を受ける。しかしながら、薄い肉厚（０．０５０ｍｍ）は、結果的に、触媒床に接触した場合の摩耗または腐食によって欠陥（小さい穴または亀裂）を形成する可能性がある。
その他、例えばトリチウムの除去工程および脱水素化反応の双方のための既知の適用（用途、アプリケーション）では、浸透管が一方の端のみで反応器モジュールへ固定される膜反応器が研究されていて、この構造は、「指状」または「二重管」構造と称される。実際に、浸透管はその両端のうちの一方を閉じられ、同時に残余分（リテンテート、未透過ガス）の供給または回収の入口としてより小さい管が管腔内部に挿入される。例えば、図３には、指状構造のＰｄ−Ａｇ製浸透管を用いる膜モジュールの方法（手法、スキーム）、即ち、膜を透過する水素は、フラッシングガス（押し流し用ガス）によって反応器の外殻（シェル）内に集められ、一方で残余分（未透過ガス）は浸透管の管腔内部へ挿入される小径の鋼管を介して回収される、という方法が示されている。
しかしながら、この既知の構造は、特に浸透管がかなり長い場合（即ち、高いトリチウム除去係数が要求される場合）、浸透管Ｔ自体が熱サイクルおよび水素化サイクルの結果として変形することにより、管Ｔが膜モジュール１の内壁へ接触して詰まるという欠点を呈する。これに関しては、熱サイクルおよび水素化サイクルによる長時間試験前後のＰｄ−Ａｇ合金製浸透管を示す図４を参照されたい。
最後に、必要な電力を低減し、かつ必要でない場合は処理されるガス流の加熱を防止するために、最近では、パラジウム合金製浸透管の抵抗加熱が提案されている［参考文献４］。しかしながら、これらの機器は、反応器モジュールの壁を介する特別な電気通路、および浸透管を電気通路自体へ可撓的に接続するための適切なシステムを必要とする。
本発明の主たる目的は、上述の問題点を、「モジュール」１と称される略円筒形の容器が想定されている後述する請求項１に記載されている膜反応器を提供することによって克服することにあり、このモジュール１は、好ましくは鋼製であるが、他の金属および他の物質で製造されることも可能であって、例えば研究用途の場合、ガラス（例えば、パイレックス（登録商標））が好まれることが多い。
２．発明の一般的な説明
本発明の対象を形成する膜反応器は、約０．０５０ｍｍから０．２００ｍｍまでの肉厚を有するパラジウム銀合金（好ましくは、Ａｇ含有重量２３〜２５％）製の少なくとも１つの浸透管Ｔを備える。約０．０５０ｍｍの肉厚を有する管の場合、これは圧延およびこれに続く拡散溶接によって製造される薄壁管であり［参考文献５］、約０．２００ｍｍの肉厚を有する管の場合、これは厚さ約１００μｍから始まる市販の管である。
本発明の対象を形成する膜反応器は、約０．０５０ｍｍから０．２００ｍｍまでの肉厚を有するパラジウム銀合金（好ましくは、Ａｇ含有重量２３〜２５％）製の少なくとも１つの浸透管Ｔを備える。約０．０５０ｍｍの肉厚を有する管の場合、これは圧延およびこれに続く拡散溶接によって製造される薄壁管であり［参考文献５］、約０．２００ｍｍの肉厚を有する管の場合、これは厚さ約１００μｍから始まる市販の管である。
浸透管として一般に使用される合金は、例えばＰｄＣｕ等のパラジウム基合金であるが、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｔｉをベースとする金属合金も研究されていることは留意されるべきである。この高密度金属管状膜に関して実際に関心の高い厚さは、事実上、先に述べたように５０〜２００μｍの範囲にある。
浸透管Ｔは、管腔へ送り込まれる、および外殻へ送り込まれる２つのガス流が逆流する様式で動作する指状構造のモジュール１内に収容される。約３００〜４００℃の処理温度まで管Ｔを加熱することは、直接抵抗加熱を達成するための通電によって達成される。
本発明の固有の特性によれば、浸透管Ｔの閉止された端へ装着される特別な機器が提供され、これは基本的には、下記の極めて明確な２つの機能を有する好ましくはバイメタルばねＭよりなる。すなわち、
− 熱サイクルおよび脱水素化サイクルの結果として被る変形により、浸透管Ｔが膜モジュール１の内壁へ接触して詰まることを防止できる引張荷重を浸透管Ｔへ与える機能、および、
− 管自体のジュール効果による加熱を可能にするように、浸透管Ｔの閉止された自由端と膜モジュール１の外部との間の電気的連続性を保証する機能。
− 管自体のジュール効果による加熱を可能にするように、浸透管Ｔの閉止された自由端と膜モジュール１の外部との間の電気的連続性を保証する機能。
本明細書に記載するこの実施形態の例では、上記機械的に張力を与え、且つ電気的に接続する機器を提供するために、下記により構成されるばねＭが研究されている。
− 作業温度においても要求される機械的性能、即ち浸透管Ｔをその膨張の間にその長手軸に沿って直線状に導くに足る引張荷重を保証することができるインコネル（登録商標）（主としてニッケル４８％〜７２％およびクロム１４％〜２９％をベースとする合金）製ワイヤ（針金）、および、
− ばねＭ自体の加熱を防止し、かつ浸透管Ｔに対するオーム効果（抵抗の効果）による加熱に限界を画するように、低抵抗での通電を保証することができる銀ワイヤ。
− ばねＭ自体の加熱を防止し、かつ浸透管Ｔに対するオーム効果（抵抗の効果）による加熱に限界を画するように、低抵抗での通電を保証することができる銀ワイヤ。
具体的には、銀の機械的剛性は無視できる程度と見なされてもよい。同様に、インコネル（登録商標）を介する通電（ひいては、ジュール効果による対応する加熱）も、より低い抵抗率およびインコネル（登録商標）ワイヤの断面より適度に大きい断面によって特徴づけられる銀ワイヤの導電率が遙かに大きい結果として、無関係である。
図５および図６は本発明の方法を示し、図中における強調表示は、下記の二つの変形例のバイメタルばねＭの詳細を示す。
ａ）絶縁有機物質（シリコーン、バイトン、ベスペル、他）製であるフランジ（つば状部）自体のシールガスケット、およびフランジを締めるボルトのためのやはり絶縁物質製である特殊なブッシング（軸受筒）を用いることによる、膜モジュール１のエンドフランジ（終端のつば状部）ＦＦの電気絶縁（図５）、および、
ｂ）膜モジュール１のエンドフランジＦＦを介する絶縁された電気通路の使用（図６）。
ｂ）膜モジュール１のエンドフランジＦＦを介する絶縁された電気通路の使用（図６）。
図７および図８に示されている本発明の第２の実施形態は、ばねＭによって浸透管Ｔへ印加される引張力を調整するための手段を想定している。
またここには、エンドフランジの電気絶縁（図７）および絶縁された電気通路の使用（図８）の２つの事例が示されている。より具体的には、ばねＭにより加えられる引張力は、はんだ蝋付けにより最終的にエンドフランジへ（図７）または絶縁された電気通路へ（図８）直に密封式に閉鎖される意図的に設けられた調整ロッドを作動することによって調整される。
２．１ バイメタルばねのサイジング（寸法最適化）
試験に際して、バイメタルばねＭのサイジング（寸法最適化）を、温度範囲約３００〜４００℃における動作状態での浸透管Ｔの機械的特性（降伏点）および電気的特性（固有抵抗）を基礎として行った。具体的には、例として、直径１０ｍｍのＰｄ−Ａｇ管の事例について、異なる値の肉厚（０．０５０ｍｍおよび０．２００ｍｍ）および長さ（２５０ｍｍおよび５００ｍｍ）で検討した。
試験に際して、バイメタルばねＭのサイジング（寸法最適化）を、温度範囲約３００〜４００℃における動作状態での浸透管Ｔの機械的特性（降伏点）および電気的特性（固有抵抗）を基礎として行った。具体的には、例として、直径１０ｍｍのＰｄ−Ａｇ管の事例について、異なる値の肉厚（０．０５０ｍｍおよび０．２００ｍｍ）および長さ（２５０ｍｍおよび５００ｍｍ）で検討した。
浸透管の過剰な変形を防止するために、かつ動作温度３００〜４００℃における「クリープ」現象を考慮して、印加されるべき引張荷重を、温度４００℃で参照される極限引張強度（ＵＴＳ）の約５％に定めた。［参考文献６，７］に提供されているデータから、Ｐｄ−Ａｇ合金（Ａｇ重量２３〜２５％）のＵＴＳ値２８０ＭＰａを計算した。故に、肉厚０．０５０ｍｍおよび０．２００ｍｍを有する浸透管の場合、ばねＭにより管Ｔへ印加される引張荷重の値は、ＵＴＳの約５％で計算すると、各々２０Ｎおよび８０Ｎである。
先行する研究［参考文献８］で既に考慮されている温度範囲および水素化の状態の場合、Ｐｄ−Ａｇ管に関して推定された長さ変化比率は約１．５％であり、故にこれは、全長２５０ｍｍを有する浸透管Ｔの場合で約４ｍｍの絶対長さ変化に相当し、かつ長さ５００ｍｍを有する管Ｔの場合で約８ｍｍの絶対長さ変化に相当する。
表Ｉは、バイメタルばねＭのインコネル（登録商標）部分のサイジングを示している。巻数は、動作状態において、ばねＭの長さ変化（「巻数」×「たわみ」）が、熱サイクルおよび水素化サイクルの結果としての浸透管Ｔの絶対長さ変化より１０倍大きくなるようにして計算されている。この方法では、浸透管Ｔの伸延／収縮に続いてばねＭにより印加される引張荷重の変化は事実上無視できる程度（即ち、最初に印加される荷重の約１０％）であることが合理的に見いだされている。
抵抗が可能な限り低い導電性でのバイメタルばねＭの銀部分のサイジングは、銀ワイヤがインコネル（登録商標）ワイヤと同じ長さを有する（即ち、銀ワイヤとインコネル（登録商標）ワイヤは１つのコイルに巻かれてバイメタルばねを形成する）ことを考慮して行った。さらに、銀部分の電気抵抗は浸透管Ｔの抵抗より遙かに低いことも考慮されるべきであり、具体的には、銀ワイヤの抵抗をＰｄ−Ａｇ管Ｔの抵抗の１０％に定めたが、これは、この合金の抵抗率値４×１０−７Ωｍを想定して計算されている。銀ワイヤの直径の計算値は、肉厚０．０５０を有する浸透管Ｔの場合で約ψ＝１．５ｍｍ、および肉厚０．２００ｍｍを有する管Ｔの場合でψ＝３ｍｍである（表ＩＩ参照）。
２．２ 反応器の例
ＪＥＴ（欧州トーラス共同研究施設）のトリチウム除去システムに関する用途では、長さ２５０ｍｍ、直径１０ｍｍおよび肉厚０．０５０ｍｍのＰｄ−Ａｇ製浸透管Ｔを備える反応器モジュール１を設計した。この場合、バイメタルばねＭは、直径１ｍｍのインコネル（登録商標）ワイヤおよび厚さ１．５ｍｍの銀ワイヤによる２０巻で構成した。図９および図１０は、問題のモジュール１をエンドフランジＦＦが電気絶縁されたガスケットにより接続される場合（図９）と、絶縁された電気通路を用いる場合（図１０）の２つの事例で示す２図である。何れの場合も、据付け作業の終わりで事例によってエンドフランジＦＦへ直に、または絶縁された電気通路を介して密封式に（はんだ蝋付け、ＴＩＧ溶接、他で）固定される意図的に設けられたロッドにより構成される引張力を調整するためのシステムを用いることが想定されている。
ＪＥＴ（欧州トーラス共同研究施設）のトリチウム除去システムに関する用途では、長さ２５０ｍｍ、直径１０ｍｍおよび肉厚０．０５０ｍｍのＰｄ−Ａｇ製浸透管Ｔを備える反応器モジュール１を設計した。この場合、バイメタルばねＭは、直径１ｍｍのインコネル（登録商標）ワイヤおよび厚さ１．５ｍｍの銀ワイヤによる２０巻で構成した。図９および図１０は、問題のモジュール１をエンドフランジＦＦが電気絶縁されたガスケットにより接続される場合（図９）と、絶縁された電気通路を用いる場合（図１０）の２つの事例で示す２図である。何れの場合も、据付け作業の終わりで事例によってエンドフランジＦＦへ直に、または絶縁された電気通路を介して密封式に（はんだ蝋付け、ＴＩＧ溶接、他で）固定される意図的に設けられたロッドにより構成される引張力を調整するためのシステムを用いることが想定されている。
また、このモジュール１は、浸透管の中央部近くの温度を検出するための熱電対の使用も想定している。
本明細書に記載されているバイメタルであるばねＭは、その二重の機能、即ち引張力の印加と導電性が保証されることを条件として、異なる方法で実行することが可能な物体であることは留意されるべきである。
例えば、全く同一のコイルに巻かれる２つの別々の金属ワイヤ（インコネル（登録商標）ワイヤと銀ワイヤ）で製造される可能性に加えて、これは、異なる直径、異なるピッチ等の２つの別個の同軸ばねの一方をもう一方の内側へ設けることによって実装されることも可能であり、あるいはやはり、必要な特性である既に指摘した動作温度での優れた機械抵抗および高い導電性の双方を有する特殊材料で製造される１つのばねＭによって構成されることが可能である。
先に述べた、好ましくはバイメタルであるばねＭは、浸透管Ｔの変形（熱サイクルおよび水素化サイクルの結果としての伸延および収縮）が適切な引張力の印加によって軸方向へ導かれることを保証する上で極めて重要であることは留意されるべきである。
これらの機器の、指状構造である、即ち自由端が閉止されたカンチレバー（片持ち梁）形式に設定されるＰｄ−Ａｇ合金製浸透管Ｔを用いる膜反応器の特有の用途が、Ｐｄ−Ａｇ管Ｔの外側と膜モジュール１の外殻の内側との間の環形を極めて小さくすることを要求している点は留意されるべきである。実際に、トリチウム除去係数で表される、即ち入ってくるガスと出て行くガスのトリチウム濃度間の割合で表されるこれらの機器による動作の有効性レベルが高いことは、触媒床で発生する同位体交換反応の速度論だけでなく、主として管状膜の壁を介する、但し様々なガス膜をも介する水素同位体の透過の速度論にも著しく依存する。
透過の速度論は、次に、水素同位体物質の輸送抵抗性によって決定される。即ち、この意味において、浸透管とモジュールの外殻との間の環形における厚さが大きいガス層の存在は、輸送抵抗性の要因である水素同位体の濃度勾配を生み出す。
故に、高い除染係数を達成するためには、精確には、浸透管Ｔとモジュール１の外殻との間の環形を可能な限り縮小する必要がある。しかしながら、小サイズの環形は、指状構造の場合、かつ熱サイクルおよび脱水素化サイクルの結果として、浸透管が膜モジュール１の内壁に接触して詰まる原因となる可能性がある。この目的に沿って、本発明によるトリチウム除去工程の特殊用途で、かつより一般的には、高い透過速度論が要求される全ての事例で、浸透管へ適切な引張力を加えることにより達成される、浸透管Ｔの変形を軸方向へ導くことができるシステムは特定の利点をもたらす。
３．適用（アプリケーション）
本発明の対象を形成する機器は、具体的には、実験室の所謂「軟質のハウスキーピング廃棄物」（即ち、手袋、紙、他）を処理するための炉から生じるガス流のトリチウム除去用に発明されている。
本発明の対象を形成する機器は、具体的には、実験室の所謂「軟質のハウスキーピング廃棄物」（即ち、手袋、紙、他）を処理するための炉から生じるガス流のトリチウム除去用に発明されている。
より一般的には、本発明は、磁気閉込め実験機（例えば、ＪＥＴおよびＩＴＥＲ−国際熱核融合実験炉）のプラズマ排気処理において、またはＰｄ−Ａｇ合金製の管状膜を用いる水素同位体（Ｈ、Ｄ、Ｔ）の気相における全ての分離工程、例えばガス流の浄化（トリチウム除去）、同位体分離または濃縮工程等において使用されることが可能である。
しかしながら、潜在的市場に関して最も重要な用途は、水素精製用膜モジュール、および脱水素化反応による超高純度水素製造のための膜反応器の製造に関連している。これらの用途が目指すものは、実験室用の超高純度水素を製造する機器に加えて、化学産業の特殊部門（ファインケミストリ、製薬部門）においてポリマー型の燃料電池（ＰＥＭ燃料電池）を用いるシステムを対象とすることができる。
これらの様々な用途では、幾つかの浸透管Ｔを含む機器も提供するために、または幾つかの膜モジュール１の直列式または並列式の組み合わせを提供するために、これまでに述べた物体の大きさ（長さ、直径、触媒のタイプおよび量、他）を修正することが必要であると分かる場合がある。
最後に、ガス流の異なるフラッシングモード（洗浄モード）が想定されてもよい。
結論として、膜（Ｈ２）を供給する流れは小径の鋼管を介して送られてもよく、かつ残余分（Ｑ２を多く含む流れ）の回収は浸透管を介して行われてもよい。この場合も、管腔に送り込まれる流れは、モジュールの外殻に送り込まれる流れと交換されてもよい（即ち、Ｈ２／Ｑ２の流れは反応器の外殻へ送り込まれ、かつ流れＣＨ４＋ＣＯ＋ＣＯ２＋Ｈ２＋Ｈ２Ｏ／ＣＱ４＋ＣＯ＋ＣＯ２＋Ｑ２＋Ｑ２Ｏは浸透管の管腔へ送り込まれる）。
さらに、管腔および外殻へ送り込まれるガス流は、逆流（向流）式に、あるいは等流式に（即ち、反応器を同じ方向へ横断して）動作することができる。
最後に、触媒の使用および位置合わせは、浸透管Ｔの内側に想定されている場合もあれば、外側に想定されている場合もある。
４．参考文献
［１］Ｍ．Ｇｌｕｇｌａ、Ａ．Ｐｅｒｅｖｅｚｅｎｔｓｅｖ、Ｄ．Ｎｉｙｏｎｇａｂｏ、Ｒ．Ｄ．Ｐｅｎｚｈｏｒｎ、Ａ．Ｂｅｌｌ、Ｐ．Ｈｅｒｍａｎｎ共著「ＪＥＴ活性ガス処理システムにおける不純物処理用ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉（Ａ ＰＥＲＭＣＡＴ Ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ＪＥＴ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ４９−５０、（２０００年）、８１７〜８２３ページ。
［２］Ｂ．Ｂｏｒｎｓｃｈｅｉｎ、Ｍ．Ｇｌｕｇｌａ、Ｋ．Ｇｕｎｔｈｅｒ、Ｒ．Ｌａｓｓｅｒ、Ｔ．Ｌ．Ｌｅ、Ｋ．Ｈ．Ｓｉｍｏｎ、Ｓ．Ｗｅｌｔｅ共著「ＩＴＥＲ排気の最終浄化のための工業的Ｐｅｒｍｃａｔによるトリチウム試験（Ｔｒｉｔｉｕｍ ｔｅｓｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｅｒｍｃａｔ ｆｏｒ ｆｉｎａｌ ｃｌｅａｎ−ｕｐ ｏｆ ＩＴＥＲ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓｅｓ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ６９、（２００３年）、５１〜５６ページ
［３］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｖｏ ｐｅｒ ｌａ ｒｉｍｏｚｉｏｎｅ ｄｉ ｔｒｉｚｉｏ ｄａ ｃｏｒｒｅｎｔｉ ｇａｓｓｏｓｅ」イタリア特許第ＲＭ２００５Ｕ０００１６５号（２００５年１２月１４日）。
［４］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｒ．Ｂｏｒｅｌｌｉ、Ｄ．Ｌｅｃｃｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｖｏ ａ ｍｅｍｂｒａｎａ ｄｉ ｐｅｒｍｅａｚｉｏｎｅ ｐｅｒ ｌａ ｐｕｒｉｆｉｃａｚｉｏｎｅ ｄｉ ｉｄｒｏｇｅｎｏ」イタリア特許ＲＭ２００９Ｕ０００１４３（２００９年９月１５日）
［５］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｄ．Ｌｅｃｃｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ、Ｖ．Ｖｉｏｌａｎｔｅ「水素を選択的に透過する金属合金製薄膜を接着し、具体的には膜機器を提供する方法およびその実行装置（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｏｉｌｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｍｅｔａｌ ａｌｌｏｙｓ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｔｏ ｈｙｄｒｏｇｅｎ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ）」欧州特許第１１８４１２５Ａ１号。
［６］ＡＳＭハンドブック第２巻「特性と選択：非鉄合金および特殊用途材料」ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １９９０年、ＩＳＢＮ ０−８７１７０−３７８−５（第２巻）
［７］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｔｉｎｕｍｍｅｔａｌｓｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ。
［８］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｆ．Ｂｏｒｇｏｇｎｏｎｉ、Ｄ．Ｋ．Ｍｕｒｄｏｃｈ共著「ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉モジュールの機械的設計（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ＰＥＲＭＣＡＴ ｒｅａｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ８２、（２００７年）１５３〜１６１ページ。
［１］Ｍ．Ｇｌｕｇｌａ、Ａ．Ｐｅｒｅｖｅｚｅｎｔｓｅｖ、Ｄ．Ｎｉｙｏｎｇａｂｏ、Ｒ．Ｄ．Ｐｅｎｚｈｏｒｎ、Ａ．Ｂｅｌｌ、Ｐ．Ｈｅｒｍａｎｎ共著「ＪＥＴ活性ガス処理システムにおける不純物処理用ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉（Ａ ＰＥＲＭＣＡＴ Ｒｅａｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ＪＥＴ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ４９−５０、（２０００年）、８１７〜８２３ページ。
［２］Ｂ．Ｂｏｒｎｓｃｈｅｉｎ、Ｍ．Ｇｌｕｇｌａ、Ｋ．Ｇｕｎｔｈｅｒ、Ｒ．Ｌａｓｓｅｒ、Ｔ．Ｌ．Ｌｅ、Ｋ．Ｈ．Ｓｉｍｏｎ、Ｓ．Ｗｅｌｔｅ共著「ＩＴＥＲ排気の最終浄化のための工業的Ｐｅｒｍｃａｔによるトリチウム試験（Ｔｒｉｔｉｕｍ ｔｅｓｔｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｅｒｍｃａｔ ｆｏｒ ｆｉｎａｌ ｃｌｅａｎ−ｕｐ ｏｆ ＩＴＥＲ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓｅｓ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ６９、（２００３年）、５１〜５６ページ
［３］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｖｏ ｐｅｒ ｌａ ｒｉｍｏｚｉｏｎｅ ｄｉ ｔｒｉｚｉｏ ｄａ ｃｏｒｒｅｎｔｉ ｇａｓｓｏｓｅ」イタリア特許第ＲＭ２００５Ｕ０００１６５号（２００５年１２月１４日）。
［４］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｒ．Ｂｏｒｅｌｌｉ、Ｄ．Ｌｅｃｃｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ「Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｖｏ ａ ｍｅｍｂｒａｎａ ｄｉ ｐｅｒｍｅａｚｉｏｎｅ ｐｅｒ ｌａ ｐｕｒｉｆｉｃａｚｉｏｎｅ ｄｉ ｉｄｒｏｇｅｎｏ」イタリア特許ＲＭ２００９Ｕ０００１４３（２００９年９月１５日）
［５］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｄ．Ｌｅｃｃｉ、Ｆ．Ｍａｒｉｎｉ、Ｖ．Ｖｉｏｌａｎｔｅ「水素を選択的に透過する金属合金製薄膜を接着し、具体的には膜機器を提供する方法およびその実行装置（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｏｉｌｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｍｅｔａｌ ａｌｌｏｙｓ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ ｔｏ ｈｙｄｒｏｇｅｎ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ）」欧州特許第１１８４１２５Ａ１号。
［６］ＡＳＭハンドブック第２巻「特性と選択：非鉄合金および特殊用途材料」ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ １９９０年、ＩＳＢＮ ０−８７１７０−３７８−５（第２巻）
［７］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｔｉｎｕｍｍｅｔａｌｓｒｅｖｉｅｗ．ｃｏｍ。
［８］Ｓ．Ｔｏｓｔｉ、Ｌ．Ｂｅｔｔｉｎａｌｉ、Ｆ．Ｂｏｒｇｏｇｎｏｎｉ、Ｄ．Ｋ．Ｍｕｒｄｏｃｈ共著「ＰＥＲＭＣＡＴ原子炉モジュールの機械的設計（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ＰＥＲＭＣＡＴ ｒｅａｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ）」Ｆｕｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ８２、（２００７年）１５３〜１６１ページ。
Claims (7)
- 同位体交換工程によって、汚染されたガス状混合物からトリチウムを回収するための装置であって、
鋼、他の適切な金属、またはガラスのいずれかで形成されており、好ましくは円筒形状である、「モジュール」１として参照される容器を備えており、前記モジュール１は選択的に水素およびその同位体を透過する金属または金属合金で製造される少なくとも１つの浸透管（Ｔ）を含んでおり、前記管（Ｔ）は、その自由端が閉止されてカンチレバー形式に設定されており、さらに、前記浸透管（Ｔ）の前記自由端へ軸方向の引張力を加えるための手段と、前記管（Ｔ）自体の前記自由端をこれに隣接する前記モジュール（１）のエンドフランジ（ＦＦ）へ電気接続するための手段と、が設けられていることを特徴とするトリチウムを回収するための装置。 - ・ 前記モジュール（１）はシールフランジ（密閉つば部）でその両端を閉止されており、
・ 前記浸透管（Ｔ）はＰｄ−Ａｇ合金で製造され、かつ蝋付けまたは溶接によって前記モジュールの第１のフランジへ固定されており、
・ 前記浸透管（Ｔ）は一方の端を閉止され、かつ残余分の回収は、前記浸透管自体の管腔内に指状構造で設定される鋼製または他の適切な材料製であるさらなる小径の管によって実行されており、
・ Ｐｄ−Ａｇ製の前記浸透管（Ｔ）の前記閉止された端は、軸方向の引張力を加えかつ通電を行うように設計されるばね（Ｍ）によって、前記モジュール（１）の第２のフランジ（ＦＦ）へ接続されるており、
・ 前記第２のフランジ（ＦＦ）は、電気絶縁材料製のガスケット、および前記フランジを締めるための電気絶縁材料製のボルト用ブッシングによって前記モジュールへ固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のトリチウムを回収するための装置。 - 軸方向の引張力を加えかつ通電を可能にするための前記手段は、絶縁された電気通路によって前記第２のエンドフランジ（ＦＦ）へ接続されるばね（Ｍ）によって構成されており、前記第２のエンドフランジは金属ガスケットを装備しかつ電気絶縁材料製のブッシングを必要としないことを特徴とする請求項１に記載のトリチウムを回収するための装置。
- 蝋付け溶接によって密封式に閉鎖されるように設計された調整ロッドを装備している前記ばね（Ｍ）によって加えられる引張力を調整するための手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の装置。
- 前記浸透管（Ｔ）はＰｄ−Ａｇ金属合金製の管よりなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 軸方向の引張力を加えかつ通電を可能にするための前記手段は、インコネル（登録商標）／銀製のバイメタルばね（Ｍ）によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 軸方向の引張力を加えかつ通電を可能にするための前記手段は、
− 全く同一の渦巻に巻かれる異なる材料による２つのワイヤによって達成されるばね（Ｍ）と、あるいは、
− 一方は引張力を加えるためのばねであり、他方は低抵抗の電気接続を設定するためのばねである２つの別個の同軸ばねとによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
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