AbstractCryogenic distillation is a promising method for a hydrogen isotope separation system in the fuel cycle of nuclear fusion reactors. However, sufficient experimental information has not yet been obtained to enable us to achieve the cascade operation of cryogenic distillation columns. The present study aims to obtain such information.The experimental apparatus used in the present study is composed of a cryogenic distillation column, gas chromatographs and a helium refrigerator. The cryogenic distillation column can be operated in three modes; the total reflux mode, the total recycle mode and the total recycle mode with a feedback stream. In each experiment, the gas in the condenser and the gas or liquid in the reboiler are sampled and analyzed with gas chromatographs after the column pressure, the pressure drop in the packed section, and other operating conditions reach a steady state.The experimental results are arranged with the pressure drop in the packed section and the height equivalent to a theoretical plate (HETP). As a result of the total reflux experiments, it should be noted that the pre-flooding operation of the distillation column before the total reflux operation improves the separating efficiency of the distillation column and reduces the HETP value. The experimental results also show that the pressure drop increases with vapor velocity. The flooding point or the loading point is not observed with vapor velocity lower than 20 cm/s. As a result of the total recycle experiments, the HETP value is observed to decrease with reflux ratio.
深冷蒸留は、核融合炉の燃料サイクルにおける水素同位体分離システムにとって有望な方法である。しかしながら、深冷蒸留塔のカスケード運転を可能にするための十分な実験的知見は、まだ得られていない。本研究は、そのような知見を得ることを目的としている。本研究で使用した実験装置は、深冷蒸留塔、ガスクロマトグラフ、およびヘリウム冷凍機で構成されている。深冷蒸留塔は、全還流モード、全循環モード、およびフィードバックストリームを伴う全循環モードの3つのモードで運転できる。各実験において、塔圧力、充填部の圧力損失、およびその他の運転条件が定常状態に達した後、凝縮器内のガス、ならびにリボイラー内のガスまたは液体をサンプリングし、ガスクロマトグラフで分析した。実験結果は、充填部の圧力損失と理論段相当高さ（HETP）を用いて整理した。全還流実験の結果、全還流運転開始前のプレフラッディング操作が、深冷蒸留塔の分離効率を向上させ、HETP値を低下させることが明らかとなった。また、実験結果は、圧力損失が蒸気速度とともに増加することを示した。蒸気速度が20cm/s未満の場合、フラッディング点またはローディング点は観測されなかった。全循環実験の結果、HETP値は還流比の増加とともに減少することが観測された。