核融合炉用トリチウムプラントにおける深冷蒸留塔の塔構成とインベントリーに関する考察

岩井 保則; 山西 敏彦; 奥野 健二

JAERI-Tech 96-043, 31 Pages, 1996/11

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核融合炉の水素同位体分離プロセスには深冷蒸留塔が最有力視されている。しかし、この方法は水素を液体として扱うことからトリチウムインベントリーが大きくなることが問題であり核融合炉の安全上、インベントリーが最小限になるように深冷蒸留塔システムを設計する技術を確立することが非常に重要である。本報告では、ITER規模の核融合炉を想定し、予想されている各排ガスの流量と組成に基づき設計計算を実施し、インベントリーの最小化という観点から塔構成の検討、考察をおこなった。従来のITER用ISSの設計条件に基づき計算をおこなった結果H濃縮塔とHT分離塔、D濃縮塔、T濃縮塔の3塔ループからなる4塔構成でシステム全体の総インベントリーを94gと目標の100g以下を満たすことができた。またこの手法は新しい条件にも対応させることができることができた。

A Simulation code treating all twelve isotopic species of hydrogen gas and water for multistage chemical exchange column

山西 敏彦; 奥野 健二

JAERI-Data/Code 94-019, 29 Pages, 1994/12

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多段型化学交換塔のためのシミュレーションコードを開発した。塔は、電解セル、液相化学交換部、再結合器からなり、液相化学交換部は、気液平衡のための充填部と水素-水蒸気化学交換のための触媒層が分離されている。このタイプの塔は、核融合炉の水処理系システムとして有望である。コードは、水素ガス及び水におけるすべての12の同位体成分を取り扱うことが可能である。液相における3つの原子種、H、D、Tの平衡もまた考慮されている。充填部と触媒層の効率を評価するために、マーフリー型の段効率係数を導入した。導かれた基礎式の解は、ニュートンラフソン法で求めることができる。式の独立変数は、充填部各段のDとTの原子分率であり、ヤコビアン行列の階数は充填部段数の2倍にすぎない。数例のシミュレーションに対し解を得、良好な収束性を示した。ブロイデンの方法も試みたところ、計算時間短縮に有効であった。

An Efficient simulation procedure especially developed for hydrogen isotope distillation columns

木下 正弘

Nuclear Technology, 6, p.574 - 583, 1984/00

著者が先に開発したレコード、CRDIS-2のシミュレーション手法が大幅に改良された。CRDIS-2では、温度と液流量を独立変数に選定した多変数のNewton-Raphson法が用いられていた。液流量の収束性は、温度の収束性に比べると、あまり収束計算のタイプに左右されないことに注目し、収束ループを次の2つのループに分割した。即ち、温度修正用の擬ニュートン法のループと、流量修正用の逐次代入法のループである。ヤコビ行列の次数は半分になり、ヤコビ行列の数値的評価及び逆行列の計算は1回限りとなるため、必要なメモリ、計算時間は大幅に減少する。さらに、収束性の向上につながる温度及び流量の初期値設定法を提案すると共に、その有用性を実証した。このようにして、新しいレコード、CRDIS-Nが完成した。

Mathematical Simulation Procedure for Single Cryogenic Distillation Column with Feedback Stream Processing Six Isotopic Species of Molecular Hydrogen

木下 正弘

JAERI-M 82-047, 12 Pages, 1982/05

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グローブボックスの雰囲気ガス中に漏洩してくるトリチウムを回収するためのシステムの1ユニットとして、フィードバック流れと同位体平衡器を持った単一の深冷蒸留塔が研究対象となっている。この場合、塔は6成分(H,HD,HT,D,DT,T)すべてを処理するが、目的はHとTの分離である。フィードバック流れが存在するために生じる数学的シミュレーションの困難性を克服する1つの手法が示される。かつ、サイドカット段が塔の分離特性にいかなる影響を及ぼすかについて調べられている。