JPS63232825A - 低温蒸留塔 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低温蒸留による水素同位体などの分ＰＪａ縮
に適する低温蒸留塔に関する。特に、低温蒸留の操作性
が向にされ１分離濃縮処理の経済性が向−ヒされた蒸留
塔に関する。

［従来の技術］ 従来、報告された低温蒸留塔における冷却Ｊｊ法には、
ヘリウム冷凍機を用いた２つの方法と、液体水素を用い
た方法があるが、ヘリウ１１冷凍機を用いた２つの方法
は、その第１のものは、冷凍機内のヘリウドガスと熱交
換さけた２次側のヘリウｌ、ガスを冷媒として精留塔凝
縮器に循環させて冷却４−るものであり、第２のものは
、冷凍機内のヘリウムガスを直接冷媒に用いて、精留塔
凝縮器に循環して冷却するものである。第１のものは、
冷媒ヘリウドガスの循環器の爺力を大きくできないため
に、循環圧力が得られないので、冷凍能力を大きくする
ことが困難である。第２のものは、冷凍能力を大きくす
ることができるが、冷凍装置が大型になってしまう欠点
がある。いずれの方式でも、ヘリウム冷凍機と精留塔凝
縮器を結合する冷媒輸送管を設けなければならず、これ
からの熱損失は避けられないものである。

また、運転操作面においても、冷媒ガス流量の調整によ
る精留塔凝縮器の温度調節などもかなり困難であり、調
ｍ範囲も小さいものとならざるをえないものである。

［発明が解決しようと［る問題点］ 本発明では　上述のような従来技術の問題点を解決４゛
べく鋭意研究したところ、ヘリウム冷凍機をガス分離精
留塔を格納するコールドボックスの１−蓋に取り付け、
該ヘリウド冷凍機のシリンダーに付けた熱負荷フランジ
に凝縮器及び熱遮蔽板を取り付け、かつ小型で取り扱い
が容易なヘリウム冷凍機を用いた低温蒸留塔が優れた操
作性、優れた経済性をもたらすことを発見したものであ
る。

従って２本発明は、以１−の構成により冷媒を輸送する
機器が不要である低温蒸留塔を提供Ｊ−ることを［１的
とする。また、低温蒸留塔の運転操作が筒用になり、操
作性が改良された装置を提供することを目的とｒる。更
に９本発明は、予冷のための液体窒素を用いずに、精留
塔の冷却と、−！−ルドボックス内へのλ熱を遮断して
蒸留操作を行なうことができる低温蒸留塔を提供するこ
とを１ｊ的とする。

［問題点を解決す゛るための′ｒ一段］前記のような問
題を解決するために２本発明では、冷凍能力の向上を狙
い、ヘリウム冷凍機の配置と、熱負荷フランジに工夫を
凝らしたものである。即ち９本発明の要旨とするものは
、真空排気された：Ｉ−ルドボックス、そのコールドボ
ックス中に設置された。熱遮蔽板、ｊグ沸器、凝縮器、
充填層を有し、低温で気化、液化の操作を行ない。

物質の分離、−ａ縮９回収を行なうためのガス分厚精留
塔、及び該ガス分厚精留塔を低温に冷却するためにヘリ
ウム冷凍機システノ、からなる低温蒸留塔において。

ヘリウム冷凍機を前記コールドボックスの上蓋部に取り
付け、そのヘリウム冷凍機のシリンダーに熱負荷フラン
ジを取り付け、該熱負荷フランジは、上部の第１熱負荷
フランジと下部にある第２熱負荷フランジがあり、該第
１熱負荷フランジには、熱伝導のよい金属による熱遮蔽
板が取り付けられ、該第２熱負荷フランジには、ａ縮器
が直結或いは、伝熱板を介して取り付けられていること
を特徴と４゛る低温蒸留塔である。

［発明の構成］ 本発明による低温蒸留塔の構成は２真空排気された７ｔ
−ルドボックス、その＝１−ルビボックス中に設置され
た熱遮蔽板、再沸器、凝縮器、充填層からなるガス分離
精留塔及び該ガス分離精留塔を低温（冷却するだめのヘ
リウム冷凍機システムで、該ヘリウド冷凍機は１−ルド
ボックスの上蓋にｉ／（接に取り付けられ、この：１−
ルドボックスに取り付けられたこのヘリウム冷凍機のシ
リンダーには熱負荷フランジが取り付けられ、該熱負荷
フランジは、−上部の第１熱負荷フランジと下部にある
第２熱負荷フランジで構成し、該第１熱負荷フランジに
は、熱伝導のよい金属による熱遮蔽板が取り付けられ、
該第２熱負荷フランジには、凝縮器が直結或いは、伝熱
板を介して取り付けられている。このように２本発明に
おいては、ガス分離精留塔の冷却システムをより！車な
構造にし、その冷却効率を高め、同時にスペース利用性
を図るものである。

本発明は、水素同位体のガス（Ｈ，、Ｄ、、Ｔｔ、Ｉ（
Ｄ、　ＨＴ。

ＤＴ）等の分＃Ｉ濃縮装置に用いるもので２例えば。

トリチラノ、（工、）と水ｌｉｔ　（Ｈ＊　）よりなる
原料ガスよりトリチウ１１を分離濃縮するために用いら
れる低温蒸留法において、有効のものである。低温蒸留
法は、フランス・グルノープルの重水減速冷却型高束中
性子炉（ＩＬＬ）のトリチウ１１分離プラント及び米国
のＩｆｆスアラモス国立研究所の核融合炉燃料シスデム
試験装置（ＴＳＴＡ）においで。

既に運転及び試験研究が実施されている０本発明はこの
ような低温蒸留法に有効な装置である。

〔作用］ 本発明の低温蒸留塔では、ヘリウム冷凍機を面記コール
ドボックスの上蓋部に取り付け、そのヘリウｌ、冷凍機
のシリンダーに熱負荷フランジを取り付け、該熱負荷フ
ランジは、上部の第１熱負荷フランジと下部にある第２
熱負荷フランジがあり、該第１熱負荷フランジ番こは、
熱伝導のよい金属による熱遮蔽板が取り付けられ、該第
２熱負荷フランジには、凝縮器が直結或いは、伝熱板を
介して取り付けられ、コールドボックス内は、ｆｃ空に
排気され、熱遮蔽板によりガス分離精留塔への入熱の遮
断が行なわれ、精留塔内に原料ガスが充Ｊｎされ、ヘリ
ウム冷凍機が運転されると、凝縮器は２０”Ｋ（絶対温
度）以下に、熱遮蔽板は７７°に以下に冷却される。従
って、凝縮器に接する原料ガスは、液化して再沸器に留
まるものである。再沸器は加熱されて、留よった液化ガ
スの蒸発を行ない、凝縮器は蒸発してくるガスの液化を
行ない、蒸留操作が維持されるものである。

本発明による精留塔は、凝縮器、充填層、再沸器を有し
、各部はフランジにより分−一される１例えば、水素同
位体ガスの分離濃縮を行なう場合。

凝縮器はその液化を行なうため、１５〜２２°にの温度
に冷却する必要があり、これに対応できる冷凍機として
ヘリウム冷凍機が用いられている０本発明による装置は
、小型のヘリウム冷凍機を、精留塔のＩｇ空断熱された
コールドボックスの上蓋に取り付けられ、凝縮器の冷却
を行なっているものである。この凝縮器の冷却方式は、
従来報告された低温７１ＳｆｆＩ塔の冷却方法とは、＋
Ａなる方法が採用されている。従来の低温蒸留塔の冷却
方式では。

ヘリウム冷凍機によって直接又は間接的に冷却された１
５〜２０°にのヘリウムガスを冷媒として。

凝縮器を冷却４−る方式で、精留塔とヘリウｌ、冷凍機
が分離されている。

これに対して９本発明の低温蒸留塔では、精留塔とヘリ
ウｌ、冷凍機とを一体化した方式を用いている。より１
コールドボツクスから精留塔への入熱に対ψ゛る遮断は
１本発明によるヘリウｌ、冷凍機の第１熱負荷フランジ
が約７７°に程度に冷却されるために、それに連結され
た熱伝導性の良好な材料で作られた熱遮蔽遺体がよく冷
却諮れ、そのために、従来性なわれている液体窒素によ
る冷却は不要で、精留塔への入熱遮断と精留塔の予冷が
できるものである。また、同時はガス分離精留塔の冷却
も行なわれ、即ち１本発明番こよるヘリウム冷凍機の第
２熱負荷フランジが約１５°に程度に冷却されるために
、それに直結或いは、伝熱板を介して取り付けられた凝
縮器は、１５〜２２°に程度に冷却できる。

本発明の低温蒸留塔の１例を第１図に示す、即ち、水素
同位体混合ガスを断続的に或いは、連続的に処理して高
純度の虫水素詑びにトリチラノ、を分離するために用い
られる低温蒸留塔であり、その蒸留塔内に設けられた凝
縮器にヘリウム冷凍機の第２熱負荷フランジ（温度１５
°Ｋ）を直接に取り付け、史に、第１熱負荷フランジ（
温度７７゜Ｋ）に精留塔を包む熱遮蔽板を取り付け、そ
れにより、液体窒素を用いることなく、蒸留操作を行な
い得るヘリウム冷凍機と一体化された低温ｆｉ留塔であ
る。

第１図において、１はヘリウム冷凍機、２はヘリウム冷
凍機第１熱負荷フランジ、３はヘリウム冷凍機第２熱負
荷フランジで、４は伝熱板、５は凝縮器、６は精留塔凝
縮部、７は精留塔充填部。

８は精留塔再沸部、９は精留塔熱遮蔽板であり。

１０はコールドボックス、１１はガスラインである。

第１図の低温蒸留塔は、ヘリウｌ、冷凍機の冷凍能力が
１台で精留塔への冷凍能力を滴足するものである場合で
、精留塔に要４゛る冷凍能力が１台の冷凍機の能力を越
える場合は、第２図に示すように、複数のヘリウム冷凍
機を精留塔とへ一体化することにより、冷凍能力を構足
することができる。

第２図の図示各部材の番号は第１図のものと同じである
。

水素同位体ガス（Ｈ８，島）などを分離濃縮する場合に
ついて、第２図の装置でその操作を説明する。

２つのヘリウド冷凍機 つの第１熱負荷フランジ２に熱遮蔽板９が取り付けられ
る。熱遮蔽板９は、銅など金属で作られ。

熱伝導性のよいものであり、そのために精留塔への入熱
遮断と精留塔の予冷が行なわれる。更に。

第２熱負荷フランジ３に伝熱板４が取り付けられ、伝熱
板４に１つの凝縮器５が取り付ｉられる。第２熱負荷フ
ランジは、ヘリウム冷凍機により約１５°に程度に冷却
できるものである。水素同位体ガスの分離操作では凝縮
器５は約２０°Ｋに維持される。そのための温度調整は
伝熱板４付近に取り付けたれ一夕１４により行なわれる
。精留塔の底部に再沸部８があり、液化され下に落ちて
きた液化ガスを気化ｒるものである。再沸部８はそのた
めに約２２°Ｋに保持される。そのための温度調整はヒ
ータ１３により行なわれる。気化したガスは充Ｊｆｔ部
７を通過しながら、液化しＪ−から落ちてくる液化ガス
と接触しながら、上昇し、精留塔凝縮部６に至り、凝縮
！Ｊ！５で冷却びれ液化する。

充填部７は液化ガスと気化ガスとの接触がより均一に効
率よく為されるようにデイックンンリングなどが充Ｊ１
１されているものである。水素同位体ガスはガスライン
１１から導入され、定常状態になるまで一定時間低温蒸
留処理された後に１図示のように精留塔の底部、精留塔
凝縮部７及び精留塔上部に設けられたノズルよりガスラ
インで取り出される。即ら、精留塔底部より取り出され
たガスは重水素が高濃縮されたもので、精留塔−１＝部
から取り出されたガスは重水素濃度の低減されたもので
ある。

本発明による方式の低温蒸留塔は、また、同様な方法に
よる流下液模式凝縮器、即ち、ヘリウムと水素同位体の
ガス分離に用いる低温流下液膜式凝縮器の冷却方式にも
の応用できるものである。

［発明の効果］ 本発明による水素同位体分１ｌｌｌｉ！！Ｉ縮のだめの
低温蒸留塔は。

第１に、従来外部にあったヘリウム冷凍機を精留塔と一
体化しているために、小型で取り扱いが容易であるヘリ
ウド冷凍機を利用した低温蒸留塔が提供できるものであ
り。

第２に、、冷奴を輸送する機器、冷媒供給ラインが不要
となるとともに、ヘリウム冷凍機の熱設計に有効であり
、熱損失が最小にできること。

第３に、１ｉ！転操作がＷ嘔になり、ヘリウム冷凍機の
ｖｖ易な操作で、凝縮器の冷却能力を可変にでき、低温
蒸留分離の操作性がよいシステ１１を提供できること。

第４に予冷のために液体窒素を用いずに蒸留操作を行な
うことのできるシステムであることなどの種々の顕著な
技術的な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明の低温蒸留塔の１例を示す゛塔断面説
明図である。 第２図は１本発明の低温蒸留塔の他の例を示す塔断面説
＋９１因である。 ［主要部分の符号の説明］ １、、、、ヘリウム冷凍機 ２、．１．、ヘリウム冷凍機第１熱負荷フランジ３、、
、、ヘリウム冷凍機第２熱負荷フランジ４、、、、伝熱
板 ５、、、、凝縮器 ６、、、、精留塔凝縮部 ７、、、、精留塔充填部 ８、、、、Ｍ留塔再沸部 ９、、、、精留塔熱遮蔽板 １０、、、コールドボックス １１、、、ガスライン 特許出願人　　住友重機械工業株式会社復代理人　　弁
理士　　倉　持　　裕（外１名）第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空排気されたコールドボックス、そのコールドボック
   ス中に設置された熱遮蔽板、再沸器、凝縮器、充填層を
   有し、低温において、物質の再沸器で気化、凝縮器で液
   化、充填層で、分離を行なうガス分離精留塔、及び該ガ
   ス分離精留塔を低温に冷却するためのヘリウム冷凍機シ
   ステムからなる低温蒸留塔において、 ヘリウム冷凍機を前記コールドボックスの上蓋部に取り
   付け、そのヘリウム冷凍機のシリンダーに熱負荷フラン
   ジを取り付け、該熱負荷フランジは、上部の第１熱負荷
   フランジと下部にある第２熱負荷フランジがあり、該第
   １熱負荷フランジには、熱伝導のよい金属による熱遮蔽
   板が取り付けられ、該第２熱負荷フランジには、凝縮器
   が直結或いは、伝熱板を介して取り付けられていること
   を特徴とする前記低温蒸留塔。