JPS6324748B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体粒子を含む液体をデカンテーシヨ
ンするための振り子形遠心分離器に係る。

より特定的には、本発明は小粒子が懸濁してい
る液体を、駆動シヤフトの下端に固定された遠心
分離容器を回転させることにより、デカンテーシ
ヨン処理するための装置に係る。

知られているように、原子炉用燃料集合体を再
処理する場合は、再処理即ち炉心からの使用済燃
料集合体中に残留しているアクチノイドを完全に
回収する処理のために多くの操作が必要とされ
る。先ず、燃料集合体を例えば寸断などにより小
片に粉砕する。各小片は照射済核分裂性物質の一
部分と、固体核分裂生成物と、燃料集合体保護容
器（通常はジルカロイ製）の一部分とを含むこと
になる。次にこれら小片を溶解するのであるが、
例えば保護容器の小片がヤスリ粉（filing）のよ
うになり且つ数ミクロンから数ミリメートルまで
の種々の粒径を有する場合には、燃料被覆と粒子
の一部とが溶解せずに懸濁する。その他、１ミク
ロン未満から数ミクロンまでの種々の粒径を有し
得る不溶性固体核分裂生成物も存在する。後者の
如き懸濁粒子は放射能が勿論高い。

溶解操作後は、周知の如く残留核分裂生成物及
び他の生成物を化学的手段によつて溶液から抽出
する。これが所謂処理であるが、前記２種の不溶
性生成物が存在するためこの抽出操作は極めて難
しい。例えばこれらの不溶性生成物は蓄積して抽
出装置を閉塞し得る。これらの固体粒子のうち、
細かく粉砕されたジルカロイは自然発火の危険が
ある。また、不溶性核分裂生成物は装置にホツト
スポツトを発生させ得る。

そのため、溶液に懸濁している粒子を最大限に
回収すべく、溶解ステツプと抽出ステツプとの間
に清澄ステツプを挿入する。

清澄法としては、既に３種の方法が提案されて
いる。第１は静的デカンテーシヨンであるが、こ
れは余り効果的ではない。何故なら粒子が極めて
小さいため、この方法では適当に時間をかけても
最大級の粒子しか除去できないからである。第２
は過である。この方法の主な欠点はフイルタの
カートリツジがすぐに詰まることにある。

第３は振り子式デカンテーシヨン遠心分離器を
使用する方法である。この方法では上端にオーバ
ーフローの通路をもつ容器内に不溶物含有溶液を
導入する。回転速度によつて固体粒子は容器の側
壁に押付けられ、塊（ケーキ）を形成し、液体
はオーバーフローの通路を介して容器から流出す
る。しかしながら先行技術のデカンテーシヨン遠
心分離器はその後の不溶性ケーキの処理に欠点が
ある。ケーキは、遠心分離後も回収すべき核分裂
物質又は他の物質の溶液を幾らか含んでいるため
硝酸で洗浄するが、この洗浄には幾つかの問題が
ある。即ち、この操作は何回も繰返さなければな
らないためかなりの量の洗浄液が必要とされ、そ
の結果排液の量が増加することになる。この操作
は実質的に層流状態で行なわれるため効率が低
く、従つてかなの量の溶液が必要になる。また、
この洗浄処理の効率は、洗浄溶液の密度が除去す
べき残留液の密度以上である場合に増加するた
め、洗浄溶液の選択範囲が限定される。

更に、先行技術の遠心分離器には、信頼できる
核を考慮した配列がない。即ち、出口が閉塞され
るような事態が生じると、存在する核分裂物質の
集積状況が臨界に達し得る。

本発明の目的は前記欠点のない固体粒子を含む
液体をデカンテーシヨンするための振り子式遠心
分離器を提供することにある。

本発明によれば、前記目的は、貫通孔を有した
生体遮蔽体と、前記貫通孔を覆うべく、上部開口
縁が前記生体遮蔽体の一方の面に取付けられた固
定外側容器と、一端部が前記貫通孔を規定する生
体遮蔽体の壁に懸吊され、他端部には前記外側容
器の内部空間に突出する円筒状延長部を備えてお
り、該円筒状延長部の軸と心合せされた貫通孔を
有した栓部材と、一端部が前記円筒状延長部の端
面から前記外側容器の底部の方向に突出するよう
に、前記栓部材の貫通孔中に挿入された垂直駆動
シヤフトと、前記円筒状延長部と協働して清澄用
環状空間を形成すべく、前記円筒状延長部の外周
面を囲繞する円筒状頂部、中心部において垂直駆
動シヤフトの前記一端部に固定された下方部、及
び、当該下方部の内部空間と前記清澄用環状空間
とを連通する環状通路を形成すべく、円筒状頂部
と下方部とを接続する逆截頭円錐状接続部を有し
た回転容器と、栓部材を貫通しており、前記環状
通路に固体粒子を含有する液体を導入すべく構成
された第一の管手段と、円筒状頂部の内面と対面
する部位に当該内面上に形成されるケーキに洗浄
液を噴出するための複数のノズルを備えた第二の
管手段と、前記円筒状頂部の一端に形成された溢
流縁を越えて溢流した前記外側容器内の清澄化さ
れた液体を収集する手段と、洗浄操作に先立つて
行われる清澄化操作の後に前記下方部の内部空間
に残留する液体を抜き出すための第一の手段と、
洗浄液によるケーキ洗浄によつて生じる固体粒子
を含有しており、洗浄操作後に前記下方部の内部
空間に残留する液体を抜き出すための第二の手段
と、回転容器が回転される際に前記下方部の内部
空間内の洗浄液を撹拌すべく、円筒状延長部の前
記端面に固定された撹拌手段とからなり、逆截頭
円錐状接続部と連続する前記下方部の壁部が、前
記軸に対して傾斜する内面を有しており、前記逆
截頭円錐状接続部が、前記軸に対して傾斜する母
線を有し、前記軸に対する前記下方部の壁部の内
面と前記母線の前記傾斜は、回転容器が特定の速
度で回転する際に、前記下方部の内部空間内に当
初から存在する液体及び固体粒子が清澄用環状空
間内に流入するように決定されている、固体粒子
を含む液体をデカンテーシヨンするための振り子
形遠心分離器により達成される。

本発明は特定的には前述の欠点のない固体粒子
を含む液体をデカンテーシヨンするための振り子
形遠心分離器に係る。より特定的には、本発明の
遠心分離器はデカンテーシヨンを高効率で実施せ
しめる。また、本発明の遠心分離器は、臨界未満
の配置や配列を確保するよう構成される。更に、
ケーキ洗浄操作も遥かに好ましい条件下で実施さ
れるため、極めて少量の洗浄溶液でケーキ中の残
留核分裂物質をより良く抽出することができる。

回転容器下方部の内側壁面は、円錐形上方部を
有するのが好ましい。

以下添付図面Fig.１，Fig.２に基づき非限定的
具体例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

これらの図面に示した遠心分離器の具体例で
は、一組の可動部材が例えばスチール製の生体遮
蔽体２の下方に配置される。該遮蔽は遠心分離器
本体の上方に脱着可能な栓部材としてのプラグ４
を有する。プラグ４は生体遮蔽体の貫通孔として
の孔１００を規定する壁に懸吊される。遠心分離
器は、遮蔽体２に懸装され且つ通気管９６を有す
るほぼ円筒状の固定外側容器としての封入容器６
内に封入される。回転容器としての遠心分離器
（全体を符号８で示す）は、先端がプラグ４内の
貫通孔としての垂直穴１２を貫通する垂直駆動シ
ヤフト１０に固定される。シヤフト１０は一種の
ボールと内外輪の効果を与える軸受１３によつて
上端１０ａが保持される。シヤフト１０は上端部
１０ａの上方で電気駆動モータ１６のシヤフト１
４に接続される。管系統１８を介して導入される
掃気ガスなどによつてシール手段も具備される。
シヤフト１０は、円筒状延長部としての下方延長
部の端面４ｂから封入容器６の内部空間１０６内
を封入容器６の底部１０５の方向に伸長する。

回転容器８は、デカンテーシヨンを行なうため
の円筒状頂部としての上方部８ａと、該上方部と
接続領域を構成する先端部をもつ下方部８ｂとを
有する。デカンテーシヨンのための上方部領域８
ａが直径D₁の円筒状壁面からなるのに対し、下
方部即ち収集のための部８ｂの第二の内面として
の内側壁面２０は円錐形である。より詳細には、
この壁面は垂線即ち下方延長部４ａの軸に対し、
即ち回転軸１０方向に対し約15゜の角のをなす。
より一般的にはこの半角度は10から20゜の間、好
ましくは15゜に極て近い値を有する。

前記下方部８ｂ及び上方部８ａは、截頭円錐状
接続部としてのやや円錐形の環状接続部２２を介
して相互に連結される。下方部８ｂは、駆動シヤ
フト１０に固定された底部１０１と、この底部１
０１に連設された壁部１０２とからなる。底部１
０１と壁部１０２は内部空間１０３を規定する。

前述の如く、下方部８ｂの内面としての内側壁
面２０は、その上方部分が接続部２２の近傍で垂
線に対して傾斜していれば円錐形にする必要はな
い。この壁面部分２０は例えば放物面であつても
よく、その場合はこの放物面に対する接平面が前
述の角度条件を満たすようにする。上方部８ａの
上端には、溢流縁としての環状プレート２４が配
置される。

プラグ４は回転容器上方部８ａ内に円筒状延長
部としての下方延長部４ａを有する。上方部８ａ
の内面としての壁面１０４は例えば４つの径方向
フイン９を備える。延長部４ａの外周面としての
外側壁２６は、上方部８ａの側壁と協働して清澄
用環状空間としての清澄用環状スペース２８を規
定する。該環状スペース２８は上方環状通路３０
を介して外側の封入容器６の内部と連通し、下方
では環状通路３２を介して容器下方部８ｂにより
規定される収集領域３４と連通する。外側の封入
容器６はこれに固定された容器状のバツフル３５
によつて、上方環状通路３０に連通する外側のオ
ーバーフロースペース３６と、バツフル３５内部
の収集スペース３８とに分割される。清澄化され
た液体の収集手段としての管系統４０は環状のオ
ーバーフロースペース３６の下端に連通する。排
出管系統４１は収集スペース３８の下端に連通す
る。収集領域３４は下方部８ｂの内側壁面５４と
協働してオーバーフロー領域５６を構成する円筒
状内部バツフルとしての円筒状バツフル５２を有
する。該領域５６は下方部分８ｂの下端を貫通し
てオーバーフロー領域５６と収集スペース３８と
を連結する通路５８を有する。円筒状バツフル５
２の上端は頂部自由部１０９を形成している。

第一の管手段としての管系統４２はプラグ４の
下方部４ａを貫通してプラグ４の端面としての底
面４ｂに連通する。管系統４２の下端には、流れ
をそらせるデフレクタ４４が配置され、管４２内
を流れる液体はこのデフレクタによつて環状通路
３２方向へ送られる。管系統４２の他端は、デカ
ンテーシヨン処理すべき液体を供給するための引
つ込み式管系統４６に接続される。

該遠心分離器は、更に下方部８ｂの底の近傍に
自由端を有する管６０をも具備する。この管系統
６０は、プラグ４ａを貫通してサイホン６２の一
方のアームを構成する。サイホン６２は、第２ア
ーム６４をも有する。このサイホンについては後
で詳述する。

操作は実際には２つのサイホンデバイスを具備
することによつて信頼し得るものになる。この場
合２つの予備（reservc）サイホンを備えてもよ
い。

添付図面Fig.２に示すように、該遠心分離器は
ケーキを除去するための第二の管手段としての管
系統をも含む。管系統７０は、円筒状の容器上方
部８ａの側壁に向かつて突出する複数のノズル７
２を有する。下方部８ｂの底の近傍まで延在する
管７４も具備される。オーバーフロー領域５６を
洗浄すべく管系統７６もプラグ４を貫通する。

一例として、上方部８ａは900mmの直径D₁を有
する。回転容器はチタン製であり、そのため密度
が低く、従つて所定の回転速度に対してより大き
い直径を有し得る。このように直径が先行技術の
場合より大きいため、他の要素を同一とした場合
に、懸濁粒子を静止固定させるより大きい能力が
得られ、従つてデカンテーシヨン（傾瀉）効果が
向上する。

この遠心分離器は次のように作動する。実際に
デカンテーシヨンを行なつている間、溶液は定格
回転速度での容器の回転始動後に管系統４２を介
して送られる。回転とデフレクタ４４の存在とに
よつて、液体は清澄用環状スペース２８に流入す
る。懸濁粒子（ｘ点Ｐ）が、上方部８ａの壁面に
押付けられケーキを形成する。遠心分離作用によ
り、液体は通路３０を介してオーバーフロースペ
ース３６内にあふれ出る。

このようにして液体が清澄化される。即ち懸濁
残留粒子がほぼ完全に除去される。清澄化溶液
は、管系統４０を介して流出する。所定トン数に
該当する量の溶液を清澄化したら、容器８を自然
減速によつて停止させる。ケーキは上方部８ａの
側壁に付着したままである。液体は収集領域３４
内に落下する。ケーキの断片を含み得る溶液は、
清澄アセンブリの上流側の第一の手段としてのサ
イホン６２によつて排出される。この溶液は循環
使用し得る。

前述の如く、側壁８ａ上に形成されたケーキ
は、その中に残留する溶液を完全に抽出すべく洗
浄しなければならない。この処理は次の操作によ
つて行なわれる。ケーキを除去すべく、管系統７
０を用いて硝酸溶液をノズル７２から噴出させ
る。ここに示した具体例では、このために必要と
される溶液量が清澄用環状スペースの容積より少
ない。

この除去操作によつてスラツジは収集領域３４
に落下し、そこで好ましくは駆動モータ１６によ
る容器８の低速交互回転により懸濁される。サイ
ホンの第一のサイホン脚部としての管６０の下端
を囲繞すべく下方延長部４ａに取付けた撹拌手段
としての管１０７が撹拌器として作動するため、
極めて効果的な洗浄が行なわれる。混合操作後、
容器の回転速度を漸増して定格速度にする。液体
及び固体が下方部８ａの円錐状壁面２０に沿つて
浮上し、環状清澄処理スペース２８内に流入す
る。この浮上は定格速度よりかなり低い速度で生
起する。ケーキが再形成されたら、遠心分離器を
好ましくは自然減速によつて停止させる。洗浄溶
液は下方部８ｂの底に落下し、清澄アセンブリの
上流側を再循環する。この洗浄操作を何回も繰返
す。

このような装置とケーキ洗浄法とを使用すれ
ば、洗浄操作の回数を減らしても先行技術の装置
より高い効果が得られることは明白である。洗浄
操作の回数が少なければ、排液の量も勿論少な
い。

洗浄後粒子は収集領域３４に集められ、粒子濃
度の高い懸濁液が形成される。洗浄溶液を更に容
器内に導入し、容器の低速回転によつてこの溶液
を撹拌し続けることにより領域３４を空にする。
供給された溶液は溢流空間としてのオーバーフロ
ー領域５６内にあふれ出、次いで収集スペース３
８内に流入する。懸濁液の濃度が十分に低下した
ら、サイホン６２と同じ第二の手段としての第２
サイホンを用いて溶液を排出する。

サイホン６２はピストン８０によつて始動す
る。このピストンは、プラグ４に設けられたチヤ
ンバ８２内に配置され、生体遮蔽体用小栓部材と
しての小プラグ８４によりブロツクされる。プラ
グ４に設けた空洞部１０８の上部空間は小プラグ
８４によつて閉鎖される。ピストンチヤンバ８０
ａは、小プラグ８４に固定される。ピストン本体
は、一端が小プラグ８４に他端がプレートとして
の円形プレート８０ｃに固定された変形可能な金
属ベローズとしてのベローズ８０ｂを含む。プレ
ート８０ｃには制御ロツド８０ｄが固定される。
このロツド８０ｄは、小プラグ８４を貫通し且つ
モータ８６によつて駆動する。ピストンチヤンバ
８０ａは、Ｔ形に形成された接続部内の通路８０
ｆを介してサイホン６２に連結される。ロツド８
０ｄが上昇すると、チヤンバ８０ｅ内に負圧が生
じ、その結果サイホンが始動する。ピストン８０
はサイホンの抜出し動作を始動させるための手段
を構成し、モータ８６と制御ロツド８０ｄはプレ
ート８０ｃを動かす手段を構成する。勿論他の従
来形始動デバイスを使用することもできるが、本
発明のデバイスは多くの利点を有する。第１に、
シールが全て静置的であるため、ベローズ８０ｂ
により極めて高い密封性が得られる。第２に、サ
イホンが損傷しても小プラグ８４を上方へ移動さ
せればサイホンアセンブリを取出すことができ
る。

第１図に示したように、サイホンの第二のサイ
ホン脚部としての第２アーム６４は中間チヤンバ
８０から、先端９０ａをもつ始動用容器９０内に
延在する。管９２はサイホンを始動させるに十分
な不活性溶液を始動用容器９０に供給するために
用いられる。第３サイホン９４は、この溶液の排
出に使用される。

以上の説明から明らかなように、本発明の遠心
分離器は先行技術のものに比べて多くの利点を有
する。本発明の遠心分離器は、主に中央スペース
がプラグ延長部４ａによつて占められるという理
由から、配列が臨界未満である。また、デカンテ
ーシヨンをより効果的に実施せしめる。更に、ケ
ーキ洗浄操作に必要な溶液の量が少なく、従つて
排液の量も少ない。これらの操作は、硝酸稀薄溶
液、即ちジルカロイ粒子を発火させない溶液を用
いて実施し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遠心分離器の第１垂直径面に
沿つた縦断面図、第２図は第１垂直径面とほぼ直
交する第２径面に沿つた前記遠心分離器の縦断面
図である。 ２……生体遮蔽体、４……プラグ、６……封入
容器、８……遠心分離容器、２２……環状接続
部、２８……清澄用環状スペース、４４……デフ
レクタ、６２，９４……サイホン、７２……ノズ
ル、８０……ピストン、８０ｂ……ベローズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 貫通孔を有した生体遮蔽体と、前記貫通孔を
   覆うべく、上部開口縁が前記生体遮蔽体の一方の
   面に取付けられた固定外側容器と、一端部が前記
   貫通孔を規定する生体遮蔽体の壁に懸吊され、他
   端部には前記外側容器の内部空間に突出する円筒
   状延長部を備えており、該円筒状延長部の軸と心
   合せされた貫通孔を有した栓部材と、一端部が前
   記円筒状延長部の端面から前記外側容器の底部の
   方向に突出するように、前記栓部材の貫通孔中に
   挿入された垂直駆動シヤフトと、前記円筒状延長
   部と協働して清澄用環状空間を形成すべく、前記
   円筒状延長部の外周面を囲繞する円筒状頂部、中
   心部において垂直駆動シヤフトの前記一端部に固
   定された下方部、及び、当該下方部の内部空間と
   前記清澄用環状空間とを連通する環状通路を形成
   すべく、円筒状頂部と下方部とを接続する逆截頭
   円錐状接続部を有した回転容器と、栓部材を貫通
   しており、前記環状通路に固体粒子を含有する液
   体を導入すべく構成された第一の管手段と、円筒
   状頂部の内面と対面する部位に当該内面上に形成
   されるケーキに洗浄液を噴出するための複数のノ
   ズルを備えた第二の管手段と、前記円筒状頂部の
   一端に形成された溢流縁を越えて溢流した前記外
   側容器内の清澄化された液体を収集する手段と、
   洗浄操作に先立つて行われる清澄化操作の後に前
   記下方部の内部空間に残留する液体を抜き出すた
   めの第一の手段と、洗浄液によるケーキ洗浄によ
   つて生じる固体粒子を含有しており、洗浄操作後
   に前記下方部の内部空間に残留する液体を抜き出
   すための第二の手段と、回転容器が回転される際
   に前記下方部の内部空間内の洗浄液を撹拌すべ
   く、円筒状延長部の前記端面に固定された撹拌手
   段とからなり、逆截頭円錐状接続部と連続する前
   記下方部の壁部が、前記軸に対して傾斜する内面
   を有しており、前記逆截頭円錐状接続部が、前記
   軸に対して傾斜する母線を有し、前記軸に対する
   前記下方部の壁部の内面と前記母線の前記傾斜
   は、回転容器が特定の速度で回転する際に、前記
   下方部の内部空間内に当初から存在する液体及び
   固体粒子が清澄用環状空間内に流入するように決
   定されている、固体粒子を含む液体をデカンテー
   シヨンするための振り子形遠心分離器。 ２ 回転容器の下方部の壁部の内面が円錐形であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の遠心分離器。 ３ 前記軸と前記下方部の壁部の内面との間の角
   度が10゜と20゜との間である特許請求の範囲第２項
   に記載の遠心分離器。 ４ 回転容器がチタン製である特許請求の範囲第
   １項から第３項のいずれか一項に記載の遠心分離
   器。 ５ 回転容器の下方部が、頂部自由縁部を有する
   円筒状内部バツフルを備えており、この円筒状内
   部バツフルは前記駆動シヤフトを囲繞すると共に
   回転容器の下方部の内部空間内に溢流空間を形成
   する特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   一項に記載の遠心分離器。 ６ 第一及び第二の手段の各々がサイホンからな
   り、当該サイホンは、回転容器の下方部の内部空
   間に伸長すると共に栓部材の一部分を貫通する第
   一のサイホン脚部と、Ｔ形に形成された接続部に
   よつて第一のサイホン脚部に接続されると共に外
   側容器の外側の容器中に開口する第二のサイホン
   脚部と、前記サイホンの抜出し操作を始動させる
   ための手段とからなる特許請求の範囲第１項から
   第５項のいずれか一項に記載の遠心分離器。 ７ 前記始動手段が前記Ｔ形に形成された接続部
   に接続されたチヤンバを含むピストンからなり、
   当該チヤンバは変形可能な金属ベローズを有し、
   該ベローズの一方の縁部が前記チヤンバの壁部に
   固定され、他方の縁部がプレートの周縁に固定さ
   れ、このプレートが、チヤンバの軸に沿つて当該
   プレートを動かす手段に接続されている特許請求
   の範囲第６項に記載の遠心分離器。 ８ 前記ピストンが、栓部材内に形成され且つ生
   体遮蔽体用小栓部材によつて閉鎖される空洞部に
   配置され、このピストンが生体遮蔽体用小栓部材
   から懸吊される特許請求の範囲第７項に記載の遠
   心分離器。