JPS6214928A - 水素同位体深冷蒸溜塔装置 - Google Patents
水素同位体深冷蒸溜塔装置Info
- Publication number
- JPS6214928A JPS6214928A JP60155548A JP15554885A JPS6214928A JP S6214928 A JPS6214928 A JP S6214928A JP 60155548 A JP60155548 A JP 60155548A JP 15554885 A JP15554885 A JP 15554885A JP S6214928 A JPS6214928 A JP S6214928A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cryogen
- reboiler
- distillation tower
- distillation column
- freezer
- Prior art date
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- Pending
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/10—Hydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
- F25J2220/90—Separating isotopes of a component, e.g. H2, O2
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
- F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は核融合炉における燃料生成系統における原料の
水素同位体混合ガスを分離する水素同位体深冷蒸溜塔ｔ
装置にかかり、特に、その予冷時間の短縮化を実現した
水素同位体深冷蒸溜塔装置に関する。
水素同位体混合ガスを分離する水素同位体深冷蒸溜塔ｔ
装置にかかり、特に、その予冷時間の短縮化を実現した
水素同位体深冷蒸溜塔装置に関する。
この種の水素同位体深冷蒸溜塔装置は凝縮器、蒸溜塔（
充填部）、再沸器を真空容器内に収納して構成されてお
り、通常、その予冷は、特別な工夫はなされずに通常運
転状態と同様に第４図に示すように凝縮器１ｂに寒冷剤
２を流すことにより、蒸溜塔１内の水素同位体ガスを冷
却し、自然対流によりそれより下部の充填部１ａ、再沸
器１Ｃを冷却していた。凝縮器１ｂでの冷却が進むと水
素同位体は凝縮して落下して充填部１ ａ’で蒸発し、
それより下部も自然対流による冷却がなされる。
充填部）、再沸器を真空容器内に収納して構成されてお
り、通常、その予冷は、特別な工夫はなされずに通常運
転状態と同様に第４図に示すように凝縮器１ｂに寒冷剤
２を流すことにより、蒸溜塔１内の水素同位体ガスを冷
却し、自然対流によりそれより下部の充填部１ａ、再沸
器１Ｃを冷却していた。凝縮器１ｂでの冷却が進むと水
素同位体は凝縮して落下して充填部１ ａ’で蒸発し、
それより下部も自然対流による冷却がなされる。
この場合、充填部１ａでの蒸発部分は時間の経過と共に
徐々に下に移動することになる。
徐々に下に移動することになる。
ここで、蒸溜塔１はその内径が数９ぢ、大きくても１０
テ５までであるため、充填部１ａに充填されている充填
物も通常数１の小さなものである。このため、上述した
自然対流は阻害されることになる。
テ５までであるため、充填部１ａに充填されている充填
物も通常数１の小さなものである。このため、上述した
自然対流は阻害されることになる。
従って、凝縮器１ｂが液体水素温度約２０Ｋになってい
るにも拘らずに再沸器１Ｃの温度は液体窒素温度約８０
にのままであるという状態が長く続き、蒸溜塔１全体が
液体窒素温度と同じになり、照温運転が開始されるまで
に一昼夜前後を要していた。
るにも拘らずに再沸器１Ｃの温度は液体窒素温度約８０
にのままであるという状態が長く続き、蒸溜塔１全体が
液体窒素温度と同じになり、照温運転が開始されるまで
に一昼夜前後を要していた。
尚、第４図における符号６は再沸用のヒータである。
上記の改善策として従来、第５図に示すように蒸溜塔１
に寒冷剤５通るバイブ３を巻きつける構成、及び第６図
に示すように蒸溜塔１に寒冷剤５通るジャケット４を設
ける構成が考えられている。
に寒冷剤５通るバイブ３を巻きつける構成、及び第６図
に示すように蒸溜塔１に寒冷剤５通るジャケット４を設
ける構成が考えられている。
第５因に示す手法は、蒸溜塔１に寒冷剤５通るバイブ３
を巻きつけ、予冷時間を短縮するものである。
を巻きつけ、予冷時間を短縮するものである。
この第５図及び第６図に示す構成によれば、確かに予冷
時間が短縮され有益であるが、蒸溜塔１はその外形が小
さく、しかも蒸溜塔１には接続部分や枝管を有して形状
が？！９！であるので、上記構成を実施しようとすると
製作に困難さが伴いコスト上昇の一因にもつながった。
時間が短縮され有益であるが、蒸溜塔１はその外形が小
さく、しかも蒸溜塔１には接続部分や枝管を有して形状
が？！９！であるので、上記構成を実施しようとすると
製作に困難さが伴いコスト上昇の一因にもつながった。
そこで本発明は、複雑な構成を採用することなしに予冷
時間の大幅な短縮化を実現可能としだ水素同位体深冷蒸
溜塔装置を提供することを目的とする。
時間の大幅な短縮化を実現可能としだ水素同位体深冷蒸
溜塔装置を提供することを目的とする。
本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために次ぎ
のような手段を講じたことを特徴としている。即ち、凝
縮器、蒸溜塔、再沸器を真空容器内に収納して原料の水
素同位体混合ガスを分離する水素同位体深冷蒸溜塔装置
において、上記再沸器に導入用配管及び排出用配管を設
けて、ヘリウム又は軽水素又は重水素或いはそれらの混
合物からなる寒冷剤をスタート時に上記再沸器に導入し
、導入された寒冷剤が上記再沸器から上記蒸溜塔内へ上
昇した後に回収できるようにしたことを特徴としている
。
のような手段を講じたことを特徴としている。即ち、凝
縮器、蒸溜塔、再沸器を真空容器内に収納して原料の水
素同位体混合ガスを分離する水素同位体深冷蒸溜塔装置
において、上記再沸器に導入用配管及び排出用配管を設
けて、ヘリウム又は軽水素又は重水素或いはそれらの混
合物からなる寒冷剤をスタート時に上記再沸器に導入し
、導入された寒冷剤が上記再沸器から上記蒸溜塔内へ上
昇した後に回収できるようにしたことを特徴としている
。
このような手段を講じたことにより、構成が簡単にして
冷却がしにくい再沸器に寒冷剤が導入排出できて、直接
的に器壁に寒冷剤が接触し、且つ強制対流がなされるの
で速やかに予冷が行なわれ、結果的に予冷時間の短縮が
実現されるものであり、このような寒冷剤であれば蒸溜
に悪影響を及ぼさない物質なので残留しても差支えない
。
冷却がしにくい再沸器に寒冷剤が導入排出できて、直接
的に器壁に寒冷剤が接触し、且つ強制対流がなされるの
で速やかに予冷が行なわれ、結果的に予冷時間の短縮が
実現されるものであり、このような寒冷剤であれば蒸溜
に悪影響を及ぼさない物質なので残留しても差支えない
。
第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。
第１図において、深冷蒸溜塔１は、熱輻射を防止するた
めの熱シールルド板３０に囲まれ、更にその外側には液
体窒素バス３１が設けられ、全体が真空容器３２内に収
納されている。液体窒素バス３１は、熱侵入の防止を図
ると共に予冷時における温度８０に程度までの前段階の
予冷に用いられる。以下の説明においては、配管及びそ
の中を通る流体は、必要に応じて同一符号を付すものと
する。
めの熱シールルド板３０に囲まれ、更にその外側には液
体窒素バス３１が設けられ、全体が真空容器３２内に収
納されている。液体窒素バス３１は、熱侵入の防止を図
ると共に予冷時における温度８０に程度までの前段階の
予冷に用いられる。以下の説明においては、配管及びそ
の中を通る流体は、必要に応じて同一符号を付すものと
する。
蒸溜すべき原料の水素同位体混合ガス２４は、弁２５を
経て原料冷却用熱交換器２２で所定の温度（２０に程度
）にまで冷却されて蒸溜塔１に入る。
経て原料冷却用熱交換器２２で所定の温度（２０に程度
）にまで冷却されて蒸溜塔１に入る。
ここでの冷却は、冷凍機２１より供給される寒冷剤２３
によりなされる。また、蒸溜塔１では、寒冷剤２による
凝縮とヒータ６による蒸溜が行なわれ、充填部１ａにて
蒸溜され、軽成分の割合が高い留出ガス２６、重成分の
割合が高い缶出液２７（取出し時はガス化する）となり
、夫々弁２８゜２９を経て製品として回収される。
によりなされる。また、蒸溜塔１では、寒冷剤２による
凝縮とヒータ６による蒸溜が行なわれ、充填部１ａにて
蒸溜され、軽成分の割合が高い留出ガス２６、重成分の
割合が高い缶出液２７（取出し時はガス化する）となり
、夫々弁２８゜２９を経て製品として回収される。
また、蒸溜塔１の再沸器１Ｇには冷凍機２１から寒冷剤
導入配管１１が設けられ、予冷時において弁２５．２９
を閉とし、弁１２の開とすることにより、冷凍Ｆ１１２
１から寒冷剤１１を、再沸器１Ｃに導き、蒸溜塔１内の
圧力を上昇させ、留出ガスの出口より弁２８を経て寒冷
側排出配管２６により放出又は回収し冷凍１２１に戻す
ように構成される。
導入配管１１が設けられ、予冷時において弁２５．２９
を閉とし、弁１２の開とすることにより、冷凍Ｆ１１２
１から寒冷剤１１を、再沸器１Ｃに導き、蒸溜塔１内の
圧力を上昇させ、留出ガスの出口より弁２８を経て寒冷
側排出配管２６により放出又は回収し冷凍１２１に戻す
ように構成される。
上記構成の第１の実施例によれば、寒冷剤１１が直接に
蒸溜塔１の器壁及び充填物に接触し、且つ強制対流され
るので、特に伝熱が良好となり、速やかに蒸溜塔１の予
冷がなされる。
蒸溜塔１の器壁及び充填物に接触し、且つ強制対流され
るので、特に伝熱が良好となり、速やかに蒸溜塔１の予
冷がなされる。
上記において通常ヘリウム等を用いる寒冷剤２゜２３．
１１の発生源である冷凍機２１は、１台である必要はな
く、夫々個別に分けて設けてもよい。
１１の発生源である冷凍機２１は、１台である必要はな
く、夫々個別に分けて設けてもよい。
また、寒冷剤の発生源としては冷凍１１２１でなくとも
よく、例えば、液体ヘリウム、液体水素等°を用いても
よい。
よく、例えば、液体ヘリウム、液体水素等°を用いても
よい。
一般に核融合炉の燃料生成系統での水素同位体分離に用
いる深冷蒸溜塔では、ヘリウムの混入が極めて少ないた
め、寒冷剤としてヘリウムを用いる場合には、予冷完了
後にあって図示しない真空排気装置等によりヘリウムを
排気する必要がある。
いる深冷蒸溜塔では、ヘリウムの混入が極めて少ないた
め、寒冷剤としてヘリウムを用いる場合には、予冷完了
後にあって図示しない真空排気装置等によりヘリウムを
排気する必要がある。
また、核融合炉の燃料生成系統での水素同位体分離シス
テムでは、複数の深冷蒸溜塔を組合わせたカスケードが
形成され、各蒸溜塔へ供給される水素同位体の組成は夫
々異なるものである。また、液体水素として入手しやす
いものは、軽水素のものである。従って、この中で、軽
水素を含む割合が非常に低い原料を蒸溜する蒸溜塔にお
いて、寒冷剤として軽水素の液体水素を用いる場合は、
上記ヘリウムと同様に予冷完了後の回収が必要となる。
テムでは、複数の深冷蒸溜塔を組合わせたカスケードが
形成され、各蒸溜塔へ供給される水素同位体の組成は夫
々異なるものである。また、液体水素として入手しやす
いものは、軽水素のものである。従って、この中で、軽
水素を含む割合が非常に低い原料を蒸溜する蒸溜塔にお
いて、寒冷剤として軽水素の液体水素を用いる場合は、
上記ヘリウムと同様に予冷完了後の回収が必要となる。
次ぎに、第１図と薗一部分には同一符号を付し、その主
要部を示した第２図を参照して本発明の第２の実施例に
ついて説明する。
要部を示した第２図を参照して本発明の第２の実施例に
ついて説明する。
第１の実施例では蒸溜塔１に導入した寒冷剤を照温運転
前に排気する必要がある場合があったが、第２の実施例
では、第２図に示すように熱交換器２２で原料２４を冷
却し、弁２５．２７を閉とし、弁４２を開とし寒冷剤導
入配！！４１により蒸溜塔１の下部にある再沸器１Ｃに
導くように構成し、照温運転前の排気を必要なしとして
いる。ここで、この冷却した原料は配管４１を通って第
１の実施例と同様に留出ガス２６として回収されるもの
である。
前に排気する必要がある場合があったが、第２の実施例
では、第２図に示すように熱交換器２２で原料２４を冷
却し、弁２５．２７を閉とし、弁４２を開とし寒冷剤導
入配！！４１により蒸溜塔１の下部にある再沸器１Ｃに
導くように構成し、照温運転前の排気を必要なしとして
いる。ここで、この冷却した原料は配管４１を通って第
１の実施例と同様に留出ガス２６として回収されるもの
である。
次ぎに、第１図及び第３図と同一部分には同一符号を付
し、その主要部を示した第３図を参照して本発明の第３
の実施例について説明する。
し、その主要部を示した第３図を参照して本発明の第３
の実施例について説明する。
第３の実施例は、予冷完了時に蒸溜塔１内に残る組成を
、照温運転の原料２４と類似のもの、或いは著しく原料
２４の大部分を占める同位体成分のものになるように、
予冷用寒冷剤（寒冷側導入配管）５１の冷却用熱交換器
５３を設けた構成としている。
、照温運転の原料２４と類似のもの、或いは著しく原料
２４の大部分を占める同位体成分のものになるように、
予冷用寒冷剤（寒冷側導入配管）５１の冷却用熱交換器
５３を設けた構成としている。
この構成によれば、余熱用寒冷剤５１は冷熱発生源とし
て例えば冷凍機２１から寒冷剤５４により冷却され。こ
こで冷却用寒冷剤５１の回収は第２の実施例と同様にお
こなわれるものである。
て例えば冷凍機２１から寒冷剤５４により冷却され。こ
こで冷却用寒冷剤５１の回収は第２の実施例と同様にお
こなわれるものである。
第３の実施例によれば、第１の実施例の効果に加え、予
冷完了時の排気が不要となり、更に、熱交換１５３の容
量を大きくすることにより、一層の予冷時間の短縮化が
可能となる。再沸器１Ｃに導入する寒冷剤のトリチウム
（Ｔ＞の含有割合は、被曝低減の観点から可能な限り低
く押えることが望ましい。トリチウム（Ｔ）の含有割合
の高い材料にも必ず重水素（Ｄ）が含まれている、従っ
て、トリチウム（Ｔ）を含む原料を蒸溜する蒸溜塔では
純重水素（Ｄ）を導入すればよい。
冷完了時の排気が不要となり、更に、熱交換１５３の容
量を大きくすることにより、一層の予冷時間の短縮化が
可能となる。再沸器１Ｃに導入する寒冷剤のトリチウム
（Ｔ＞の含有割合は、被曝低減の観点から可能な限り低
く押えることが望ましい。トリチウム（Ｔ）の含有割合
の高い材料にも必ず重水素（Ｄ）が含まれている、従っ
て、トリチウム（Ｔ）を含む原料を蒸溜する蒸溜塔では
純重水素（Ｄ）を導入すればよい。
以上詳述したように本発明は、凝縮器、蒸溜塔、再沸器
を真空容器内に収納して原料の水素同位体混合ガスを分
離する水素同位体深冷蒸溜塔装置において、上記再沸器
に導入用配管及び排出用配管を設けて、ヘリウム又は軽
水素又は重水素或いはそれらの混合物からなる寒冷剤を
スタート時に上記再沸器に導入し、導入された寒冷剤が
上記再沸器から上記蒸溜塔内へ上昇した後に回収できる
ようにしたものである。
を真空容器内に収納して原料の水素同位体混合ガスを分
離する水素同位体深冷蒸溜塔装置において、上記再沸器
に導入用配管及び排出用配管を設けて、ヘリウム又は軽
水素又は重水素或いはそれらの混合物からなる寒冷剤を
スタート時に上記再沸器に導入し、導入された寒冷剤が
上記再沸器から上記蒸溜塔内へ上昇した後に回収できる
ようにしたものである。
従って本発明によれば、構成が簡単にして冷却がしにく
い再沸器に寒冷剤が導入排出できて、直接的に器壁に寒
冷剤が接触し、且つ強制対流がなされるので速やかに予
冷が行なわれ、結果的に予冷時間の短縮が実現されるも
のであり、複雑な構成を採用することなしに予冷時間の
大幅な短縮化を実現可能とした水素同位体深冷蒸溜塔装
置が提供できるものである。
い再沸器に寒冷剤が導入排出できて、直接的に器壁に寒
冷剤が接触し、且つ強制対流がなされるので速やかに予
冷が行なわれ、結果的に予冷時間の短縮が実現されるも
のであり、複雑な構成を採用することなしに予冷時間の
大幅な短縮化を実現可能とした水素同位体深冷蒸溜塔装
置が提供できるものである。
第１図乃至第３図は夫々本発明による水素同位体深冷蒸
溜塔装置の第１乃至第３の実施例を示す構成図、第３図
乃至第６図は夫々従来例を示す因である。 １・・・蒸溜塔、 １Ｇ・・・再沸器、 １１．４１゜
５１・・・寒冷側導入配管、２６・・・寒冷剤排出配管
。 出願人復代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 一一一一」 第３図 第４図 ｓ５図 〜２１ 第６図
溜塔装置の第１乃至第３の実施例を示す構成図、第３図
乃至第６図は夫々従来例を示す因である。 １・・・蒸溜塔、 １Ｇ・・・再沸器、 １１．４１゜
５１・・・寒冷側導入配管、２６・・・寒冷剤排出配管
。 出願人復代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 一一一一」 第３図 第４図 ｓ５図 〜２１ 第６図
Claims (1)
- 凝縮器、蒸溜塔、再沸器を真空容器内に収納して原料の
水素同位体混合ガスを分離する水素同位体深冷蒸溜塔装
置において、ヘリウム又は軽水素又は重水素或いはそれ
らの混合物からなる寒冷剤をスタート時に上記再沸器に
導入できる導入用配管を上記再沸器に設け、導入された
寒冷剤が上記再沸器から上記蒸溜塔内へ上昇した後に回
収するための排出用配管を上記再沸器に設けたことを特
徴とする水素同位体深冷蒸溜塔装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60155548A JPS6214928A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 水素同位体深冷蒸溜塔装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60155548A JPS6214928A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 水素同位体深冷蒸溜塔装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6214928A true JPS6214928A (ja) | 1987-01-23 |
Family
ID=15608468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60155548A Pending JPS6214928A (ja) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | 水素同位体深冷蒸溜塔装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6214928A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200368686A1 (en) * | 2018-01-02 | 2020-11-26 | Botanical Water Technologies Ip Ltd | Isotopic compositions ii |
-
1985
- 1985-07-15 JP JP60155548A patent/JPS6214928A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200368686A1 (en) * | 2018-01-02 | 2020-11-26 | Botanical Water Technologies Ip Ltd | Isotopic compositions ii |
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