(57)【要約】【課題】効率的に水素同位体ガスを凝縮することができる深冷蒸留装置用凝縮器を提供することを課題とする。【解決手段】冷媒入口ノズル１１から冷却室９内に冷媒のヘリウムガスが供給されると、フィン１０が冷媒に直接曝されて冷媒の冷熱が伝わる。冷媒の冷熱は、フィン１０から凝縮面７ａに伝わり、供給室８内に供給された混在ガスに伝わる。この冷熱により供給室８の内部に供給された混在ガスは冷却され、冷却により液化した水素同位体の質量の重い成分は凝縮器本体２から蒸留塔４に降下し、質量の軽い成分はガス出口ノズル５から排出される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素同位体が混在するガスを冷媒により冷却して液化することにより同位体分離を行う深冷蒸留装置用凝縮器において、
水素同位体が混在するガスが供給される凝縮器本体と、
前記凝縮器本体に固定されると共に前記冷媒に曝されて前記ガスに冷媒の冷熱を伝えるフィンと
を備えることを特徴とする深冷蒸留装置用凝縮器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合炉や水素精製プラントなどの水素同位体取扱いプラントで使用される深冷蒸留装置用凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉や水素精製プラント等では、水素同位体ガス（軽水素、重水素および三重水素）が混在することから、その用途に応じ水素同位体分離装置を接続し、同位体分離を行うことが一般的である。核融合分野などにおける水素同位体分離装置の代表例として深冷蒸留装置が挙げられる（例えば、非特許文献１参照。）。
従来の深冷蒸留装置は図２に示されるような凝縮器１を備えている。凝縮器１は、内部に水素同位体の混在するガスが供給される凝縮器本体２と、凝縮器本体２の外周面に巻き付けられたコイルチューブ３とを備えている。コイルチューブ３内には冷媒が供給され、凝縮器本体２の凝縮面２ａに冷媒の冷熱が伝えられるようになっている。この冷熱により凝縮器本体２に供給された混在ガスは冷却され、液化した水素同位体の質量の重い成分は凝縮器本体２から蒸留塔４に降下し、質量の軽い成分はガス出口ノズル５から排出される。
【０００３】
【非特許文献１】
中根良平、北本朝史、清水正巳編集，「日本における同位体分離の歩み」，日本原子力学会同位体分離特別専門委員会，１９９８年３月，ｐ．２７９−２８６。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この深冷蒸留装置の凝縮器１においては以下の欠点がある。
第一の欠点としてコイルチューブ３と凝縮器本体２の外周面との間に空隙が存在し接点が少ない点がある。
第二の欠点としてコイルチューブ３と凝縮器本体２の外周面との間の空隙を埋めているロウ材等の伝熱が低い点がある。
第三の欠点として幾何学的に大きな熱伝達面が取れない点がある。
これらの要因により、コイルチューブ３から凝縮器本体２に冷媒の冷熱を伝える効率が低く、混在ガスの凝縮効率が低いという問題があった。また、このため、大量の水素同位体ガスを処理する場合には、凝縮器が大型となり、設備容量やコストの増加を招くおそれがあった。
【０００５】
本発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、効率的に水素同位体ガスを凝縮することができる深冷蒸留装置用凝縮器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る深冷蒸留装置用凝縮器は、水素同位体が混在するガスを冷媒により冷却して液化することにより同位体分離を行う深冷蒸留装置用凝縮器において、水素同位体が混在するガスが供給される凝縮器本体と、前記凝縮器本体に固定されると共に前記冷媒に曝されて前記ガスに冷媒の冷熱を伝えるフィンとを備えるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る深冷蒸留装置用凝縮器の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に深冷蒸留装置用凝縮器６の構成を示す。凝縮器６は凝縮器本体７を備え、凝縮器本体７の内部には水素同位体の混在するガスが供給される供給室８が形成されている。供給室８の下方には蒸留塔４が取り付けられ、供給室８の上方にはガス出口ノズル５が取り付けられている。また、凝縮器本体７を形成する壁面内部には、冷媒が供給される冷却室９が形成されている。冷却室９は供給室８の外周に環状に形成されており、その内部に多数のフィン１０が固定されている。冷却室９には冷媒入口ノズル１１及び冷媒出口ノズル１２が取り付けられ、冷媒が冷媒入口ノズル１１から冷却室９内を流通して冷媒出口ノズル１２から排出されるようになっている。
【０００８】
次に、この実施の形態に係る深冷蒸留装置用凝縮器６の動作について説明する。冷媒入口ノズル１１から冷却室９内に冷媒のヘリウムガスが供給されると、フィン１０が冷媒に直接曝されて冷媒の冷熱が伝わる。冷媒の冷熱は、フィン１０から凝縮面７ａに伝わり、供給室８内に供給された混在ガスに伝わる。この冷熱により供給室８の内部に供給された混在ガスは冷却され、冷却により液化した水素同位体の質量の重い成分は凝縮器本体２から蒸留塔４に降下し、質量の軽い成分はガス出口ノズル５から排出される。
【０００９】
本実施の形態に係る深冷蒸留装置用凝縮器６は、従来の凝縮器１においてコイルチューブ３の代わりに冷媒側の伝熱面にフィン１０を取り付けてフィン構造にしたものである。このように、冷媒側の伝熱面をフィン構造に変更することで、凝縮面との間に伝熱を阻害する空隙やロウ材等を排除することができ、また、フィン構造では大きな伝熱面積を獲得することが可能となる。
従って、フィンタイプの凝縮器６では、従来のコイルチューブタイプの凝縮器１に比べ同程度の機器の容積で、数十倍の熱伝達が達成可能と目され、また、同じ熱交換量であれば凝縮器を小型化することができる。
また、伝熱効率が良いことから冷媒の供給量及び冷媒製造・供給にかかるユーティリティー負荷の減少を図ることができる。さらに、このような装置の小型化及び効率化により、装置の製造コスト並びにランニングコストを低減することができる。
【００１０】
その他の適用例として、更に伝熱効率を高める手法として、凝縮器に供給する冷媒の供給圧力を高め冷媒の質量流量を増加させることでより多くの冷熱を凝縮面に供給することができる。本手法をフィン構造を採用した凝縮器に適用することで更に効率の良い凝縮器を構築することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の深冷蒸留装置用凝縮器は、フィン構造を採用したので、その効果として、第一に凝縮面との間に伝熱を阻害する空隙やロウ材等を排除することができるため、直接冷却することが可能である。第二に、フィン構造ではフィンの形状やピッチを自由に設計することが可能であり、冷媒側に大きな伝熱面積を獲得することが可能となった。
これらの効果により伝熱効率（熱伝達率）を確保しつつ、大きな熱量を供給することが可能となる。このため、効率的に水素同位体ガスを凝縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る深冷蒸留装置用凝縮器の構成を示す断面図である。
【図２】従来の深冷蒸留装置用凝縮器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
６…凝縮器、７…凝縮器本体、７ａ…凝縮面、８…供給室、９…冷却室、１０…フィン、１１…冷媒入口ノズル、１２…冷媒出口ノズル。
【図１】
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【図２】
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