JP2019025452A - Isotope separation device and isotope separation method - Google Patents

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Abstract

To provide an isotope separation device that is further miniaturized and reduced in processing cost, and to provide an isotope separation method.SOLUTION: An isotope separation device 10A includes: atomization means 11 for spraying liquid containing an isotope that is present in liquid, as a fine droplet; and un-evaporated collecting means 12 for collecting an un-evaporated droplet that is sprayed from the atomization means 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、同位体分離装置および同位体分離方法に関する。   The present invention relates to an isotope separation apparatus and an isotope separation method.

16Oの水素または酸素の同位体には放射性を有するものがある。例えば、自然界に存在する水素の同位体であって、3個の中性子を有する三重水素(トリチウム:T)は、半減期が約12.3年の放射性物質であることが知られている。 Some hydrogen or oxygen isotopes of 1 H 2 16 O are radioactive. For example, tritium (tritium: T), which is an isotope of hydrogen existing in nature and has three neutrons, is known to be a radioactive substance having a half-life of about 12.3 years.

水分子を構成する水素原子がトリチウム(T)に置き換えられたものはトリチウム水と呼称される。存在形態としては、トリチウムの他に1個の中性子を有する軽水素(以下、単に「水素」とする。)(H)や2個の中性子を有する重水素(デューテリウム:D)を含むHTOおよびDTOと、トリチウムのみを含むTOがあるが、主にHTOの形態として存在する。 Tritium water in which hydrogen atoms constituting water molecules are replaced by tritium (T) is called tritium water. As the existence form, in addition to tritium, HTO containing light hydrogen having one neutron (hereinafter simply referred to as “hydrogen”) (H) and deuterium having two neutrons (deuterium: D) and There are DTO and T 2 O containing only tritium, but it exists mainly in the form of HTO.

また、水分子を構成する酸素原子が同位体の17Oや18Oに置き換えられた水分子も存在する。以下では、 16Oを軽水と呼称し、 16Oよりも質量が大きくかつトリチウムを含まない水を重水と呼称する。また、HTOやTOなどトリチウムを含む水はトリチウム水と呼称する。さらに、重水とトリチウム水の総称を同位体水と呼称する。 There are also water molecules in which oxygen atoms constituting the water molecules are replaced by isotopes of 17 O and 18 O. Hereinafter, 1 H 2 16 O is referred to as light water, and water having a mass larger than 1 H 2 16 O and free of tritium is referred to as heavy water. Further, water containing tritium such as HTO and T 2 O is referred to as tritium water. Furthermore, the generic name of heavy water and tritium water is called isotope water.

トリチウム水を含有する水からトリチウム水を分離、濃縮、回収および処理することは、これまでも試みられてきており、原子力産業において重要な技術である。近年、原子力発電プラントなどで使用された水からトリチウム水をはじめとする同位体水を分離し除去することの要望が高まっている。   Separating, concentrating, recovering and treating tritium water from water containing tritium water has been attempted and is an important technology in the nuclear industry. In recent years, there has been an increasing demand for separating and removing isotope water including tritium water from water used in nuclear power plants and the like.

軽水の同位体水である重水やトリチウム水を含有する水から重水やトリチウム水を分離する技術としては、例えば、水蒸留法などがある。   As a technique for separating heavy water or tritium water from water containing light water isotope water, such as heavy water or tritium water, there is a water distillation method, for example.

特許第1328656号公報Japanese Patent No. 1328656

しかしながら、従来の同位体分離技術は、何れも装置全体が大型化したり、消費電力が大きく同位体分離に要するコストが割高になるという課題があり、装置の簡易化、ひいては小型で処理コストが割安な同位体分離技術が望まれている。   However, all of the conventional isotope separation techniques have the problem that the entire apparatus becomes large and the power consumption is large and the cost required for isotope separation is high. Isotope separation technology is desired.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、より小型で処理コストが割安な同位体分離装置および同位体分離方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an isotope separation apparatus and an isotope separation method that are smaller in size and inexpensive in processing cost.

本発明の実施形態に係る同位体分離装置は、上述した課題を解決するため、液体中に存在する同位体を含む液体を、微小な液滴として噴射する噴霧手段と、前記噴霧手段から噴射された前記液滴の未蒸発分を捕集する未蒸発分捕集手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an isotope separation device according to an embodiment of the present invention sprays a liquid containing an isotope present in a liquid as fine droplets, and is sprayed from the spraying means. And a non-evaporated component collecting means for collecting the non-evaporated component of the droplet.

本発明の実施形態に係る同位体分離方法は、上述した課題を解決するため、液体中に存在する同位体を含む液体を微小な液滴とするステップと、前記微小な液滴を、所定空間内に放出し、所定時間を超えて浮遊し蒸発する液滴と、前記所定時間以下で浮遊し蒸発しない液滴とに分離するステップとを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, an isotope separation method according to an embodiment of the present invention includes a step of turning a liquid containing an isotope present in a liquid into a minute droplet, and the minute droplet is placed in a predetermined space. And a step of separating into droplets that float and evaporate beyond a predetermined time and droplets that float and evaporate within the predetermined time.

本発明の実施形態によれば、より小型で処理コストが割安な同位体分離技術を提供することができる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an isotope separation technique that is smaller and cheaper in processing cost.

第1の実施形態に係る同位体分離装置の構成を概略的に示した概略図。The schematic diagram showing roughly the composition of the isotope separation device concerning a 1st embodiment. Oの同位体の温度(横軸)と分離係数α(縦軸)との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the temperature (horizontal axis) of the H 2 O isotope and the separation factor α (vertical axis). 周囲(雰囲気)の温度が25℃の場合における、浮遊開始時に平均粒径が20μmの場合における液滴の浮遊時間(横軸)経過後の平均粒径(縦軸)の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship of the average particle diameter (vertical axis) after progress of the floating time (horizontal axis) of the droplet when the average particle diameter is 20 μm at the start of floating when the ambient (atmosphere) temperature is 25 ° C. 雰囲気温度が20℃の場合における、液滴の大きさ(平均粒径)の違いに対する浮遊時間(横軸)と沈降距離(縦軸)との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the floating time (horizontal axis) and the sedimentation distance (vertical axis) with respect to the difference in droplet size (average particle size) when the atmospheric temperature is 20 ° C. 実施形態に係る同位体分離装置の未蒸発分捕集手段の構成例を示す概略図であり、(A)は捕集面が平らな構成例を示す概略図、(B)は捕集面が傾斜している構成例を示す概略図。It is the schematic which shows the structural example of the non-evaporated fraction collection means of the isotope separation apparatus which concerns on embodiment, (A) is the schematic which shows the structural example with a flat collection surface, (B) is the collection surface. Schematic which shows the example of a structure which inclines. 未蒸発分捕集手段、擦過手段および未蒸発分回収手段の構成例を示す概略図であり、(A)は未蒸発分回収手段が傾斜している回収面を備える構成例を示す概略図、(B)は未蒸発分回収手段が平らな回収面を備える構成例を示す概略図。It is a schematic diagram showing a configuration example of the non-evaporated component collecting means, the rubbing means and the non-evaporated component recovery means, (A) is a schematic diagram showing a configuration example provided with a collection surface in which the non-evaporated component recovery means is inclined, (B) is the schematic which shows the structural example with which a non-evaporated content collection | recovery means is provided with a flat collection surface. 第1の同位体分離処理手順における処理ステップの流れを示す流れ図(フローチャート)。The flowchart (flowchart) which shows the flow of the process step in a 1st isotope separation process procedure. 第2の実施形態に係る同位体分離装置の構成を概略的に示した概略図。The schematic diagram showing roughly the composition of the isotope separation device concerning a 2nd embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る同位体分離装置および同位体分離方法を添付の図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an isotope separation apparatus and an isotope separation method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る同位体分離装置の一例である同位体分離装置10Aの構成を概略的に示した概略図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a configuration of an isotope separation device 10A that is an example of an isotope separation device according to a first embodiment of the present invention.

なお、図1中の丸I(〇の内にIが記載される記号)は、結合子である。また、三方弁323などの弁において、白抜きおよび黒塗りは、それぞれ、弁の「開」(開放)および「閉」(閉止)の状態を表している。   Note that a circle I in FIG. 1 (a symbol in which I is written in circles) is a connector. Further, in a valve such as the three-way valve 323, white and black indicate the “open” (open) and “closed” (closed) states of the valve, respectively.

同位体分離装置10Aは、例えば、噴霧手段11と、未蒸発分捕集手段12と、位置調整手段13と、検出手段としての雰囲気情報検出手段14および液位検出手段15と、制御手段16とを具備して構成される。   The isotope separation device 10A includes, for example, a spraying means 11, an unevaporated component collecting means 12, a position adjusting means 13, an atmosphere information detecting means 14 and a liquid level detecting means 15 as detecting means, and a control means 16. It is comprised and comprises.

同位体分離装置10Aには、液体を移送する3種類のラインとして、移送ライン31、戻りライン32および液相回収ライン33が設けられている。   The isotope separation apparatus 10A is provided with a transfer line 31, a return line 32, and a liquid phase recovery line 33 as three types of lines for transferring a liquid.

同位体分離装置10Aは、液滴2の浮遊時間の管理および回収をより容易に行う観点から、例えば空調管理可能な室内など、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12の周辺の雰囲気が安定している環境に設置されることが好ましい。   The isotope separation device 10A has a stable atmosphere around the spraying means 11 and the non-evaporated fraction collecting means 12, such as a room where air conditioning can be managed, from the viewpoint of easier management and recovery of the floating time of the droplet 2. It is preferable to be installed in an environment.

噴霧手段11は、例えば、スプレーノズル、噴霧器、超音波霧化器などの霧化器を用いて構成され、分離対象である同位体を液体中に含む被処理液1を微小な液滴2として霧状に噴射(噴霧)する。ここで、微小な液滴2とは、平均粒径が100マイクロメートル[μm]以下の液滴2をいう。なお、液滴2の平均粒径の下限は、選択する機器の性能限界によって決定される。   The spraying means 11 is configured by using, for example, an atomizer such as a spray nozzle, a sprayer, or an ultrasonic atomizer, and the liquid 1 to be processed that contains the isotope to be separated in the liquid. Spray (spray) in the form of a mist. Here, the minute droplet 2 refers to a droplet 2 having an average particle diameter of 100 micrometers [μm] or less. The lower limit of the average particle diameter of the droplets 2 is determined by the performance limit of the selected device.

噴霧手段11の液滴2の噴射方向は、図1に例示される同位体分離装置10Aでは、鉛直下方向に設定されているが、必ずしも鉛直下方向に限定されるものではなく、液滴2の浮遊時間を制御可能である限り任意(全方位)に設定することができる。   In the isotope separation apparatus 10A illustrated in FIG. 1, the spraying direction of the droplet 2 of the spraying means 11 is set in the vertically downward direction, but is not necessarily limited to the vertically downward direction. As long as the floating time can be controlled, it can be set arbitrarily (in all directions).

また、噴霧手段11の噴射口の位置は、高さ方向(図1において縦(上下)方向)の位置を調整可能に構成されてもよい。   Moreover, the position of the injection port of the spraying means 11 may be configured such that the position in the height direction (vertical (vertical) direction in FIG. 1) can be adjusted.

未蒸発分捕集手段12は、噴霧手段11から噴射された液滴2を噴霧手段11の下方で捕集する構成要素である。未蒸発分捕集手段12の形状、大きさ、材質は、任意であるが、材質については、未蒸発分3を回収容易にする観点から、撥水性が良好なものがよく、撥水性が良好な材料または撥水性良好に表面処理を施した材料を選択するのが好ましい。   The non-evaporated component collecting unit 12 is a component that collects the droplets 2 ejected from the spray unit 11 below the spray unit 11. The shape, size, and material of the non-evaporated matter collecting means 12 are arbitrary, but from the viewpoint of facilitating recovery of the non-evaporated matter 3, the material is preferably good in water repellency and good in water repellency. It is preferable to select a material that has been subjected to a surface treatment with good water repellency.

位置調整手段13は、未蒸発分捕集手段12を調整可能な範囲内で所望の高さ位置に移動させ、その位置に未蒸発分捕集手段12を固定する機能を有する。位置調整手段13は、未蒸発分捕集手段12の高さ方向の位置を調整することによって、噴霧手段11の噴射口から未蒸発分3によって形成される液面までの距離hを調整(可変)する。未蒸発分捕集手段12の位置調整は、手動で行われてもよいし、制御手段16からの指令を受けて自動で行われてもよい。   The position adjusting unit 13 has a function of moving the unevaporated component collecting unit 12 to a desired height position within an adjustable range and fixing the unevaporated component collecting unit 12 at the position. The position adjusting means 13 adjusts the distance h from the injection port of the spraying means 11 to the liquid level formed by the non-evaporated part 3 by adjusting the position in the height direction of the non-evaporated part collecting means 12 (variable). ) The position adjustment of the non-evaporated component collecting unit 12 may be performed manually or automatically upon receiving a command from the control unit 16.

雰囲気情報検出手段14は、液滴2を噴射し、浮遊させて一部を蒸発させる空間を取り巻く雰囲気の、例えば、温度、湿度および圧力など、雰囲気の状態を表す物理量を検出する。   The atmosphere information detection unit 14 detects physical quantities representing the state of the atmosphere, such as temperature, humidity, and pressure, of the atmosphere surrounding the space where the droplet 2 is jetted, floated, and partially evaporated.

同位体分離装置10Aでは、雰囲気情報検出手段14として、例えば、雰囲気の温度を検出する温度検出部14aと、雰囲気の湿度を検出する湿度検出部14bと、雰囲気の圧力を検出する圧力検出部14cとを備えて構成される。温度検出部14a、湿度検出部14bおよび圧力検出部14cがそれぞれ検出した検出結果は、制御手段16へ送られる。   In the isotope separation device 10A, as the atmosphere information detection means 14, for example, a temperature detection unit 14a that detects the temperature of the atmosphere, a humidity detection unit 14b that detects the humidity of the atmosphere, and a pressure detection unit 14c that detects the pressure of the atmosphere. And is configured. The detection results detected by the temperature detector 14a, the humidity detector 14b, and the pressure detector 14c are sent to the control means 16.

液位検出手段15は、未蒸発分捕集手段12が捕集した未蒸発分3が形成する液面(液位)を検出する。検出結果は、制御手段16へ送られる。   The liquid level detection means 15 detects the liquid level (liquid level) formed by the non-evaporated matter 3 collected by the non-evaporated matter collecting means 12. The detection result is sent to the control means 16.

制御手段16は、例えば、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12の高さ方向の位置(相対位置)およびポンプ321の運転状態を制御する機能を有する。   The control unit 16 has a function of controlling, for example, the height direction position (relative position) of the spray unit 11 and the non-evaporated component collection unit 12 and the operation state of the pump 321.

制御手段16は、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12の相対位置について、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12の少なくとも一方の高さ方向の位置を変え、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12の間の距離hを制御する。距離hは、雰囲気情報検出手段14が検出する雰囲気の温度などの物理量や液位検出手段15が検出する液位の情報に基づいて適切な浮遊時間となるように制御される。   The control means 16 changes the position in the height direction of at least one of the spraying means 11 and the non-evaporated fraction collecting means 12 with respect to the relative positions of the spraying means 11 and the non-evaporated part collecting means 12, and The distance h between the collecting and collecting means 12 is controlled. The distance h is controlled so as to have an appropriate floating time based on the physical quantity such as the temperature of the atmosphere detected by the atmosphere information detection unit 14 and the information on the liquid level detected by the liquid level detection unit 15.

移送ライン31は、蓄液タンクなどの被処理液1の供給源(図示省略)から被処理液1の供給時に開動作する二方弁311を介して被処理液1を噴霧手段11へ移送する流路を備えるラインである。なお、噴霧手段11(噴射口)の高さ方向の位置を調整可能に構成する場合、噴射口である移送ライン31の終端の位置が変わり、供給源から噴射口までの距離が変わることになるため、移送ライン31の少なくとも一部に可撓性または伸縮性を有する配管や継手を採用するなどして終端位置の調整が可能な箇所を移送ライン31に設ける。   The transfer line 31 transfers the liquid 1 to the spraying means 11 via a two-way valve 311 that opens when the liquid 1 is supplied from a supply source (not shown) of the liquid 1 such as a liquid storage tank. It is a line provided with a flow path. In addition, when comprised so that the position of the height direction of the spray means 11 (injection port) can be adjusted, the position of the terminal of the transfer line 31 which is an injection port changes, and the distance from a supply source to an injection port will change. For this reason, at least a part of the transfer line 31 is provided with a place where the end position can be adjusted by adopting a flexible or stretchable pipe or joint.

戻りライン32は、例えば、未蒸発分3が集まる未蒸発分捕集手段12(または後述する未蒸発分回収手段17:図6)と移送ライン31上に設定される合流点P1とを連絡し、未蒸発分捕集手段12が捕集した未蒸発分3を必要に応じて移送ライン31(合流点P1)へ戻すための流路を備えるラインである。未蒸発分3の移送ライン31への戻し量は、未蒸発分3に含まれる同位体の濃度を考慮して調整される。   The return line 32 communicates, for example, the non-evaporated matter collecting means 12 (or the later-described non-evaporated matter collecting means 17: FIG. 6) where the non-evaporated matter 3 is collected and the junction P1 set on the transfer line 31. The non-evaporated matter collecting means 12 is a line including a flow path for returning the unevaporated matter 3 collected by the unevaporated matter collecting means 12 to the transfer line 31 (confluence P1) as necessary. The return amount of the non-evaporated component 3 to the transfer line 31 is adjusted in consideration of the concentration of isotopes contained in the non-evaporated component 3.

なお、位置調整手段13を設け、未蒸発分捕集手段12における捕集位置を調整可能に構成する場合、未蒸発分捕集手段12との接続部分である戻りライン32の始端の位置が変わるため、少なくとも一部に可撓性または伸縮性を有する配管や継手を採用するなどして、始端位置の調整が可能な箇所を戻りライン32に設ける。   In addition, when the position adjusting means 13 is provided and the collection position in the non-evaporated fraction collecting means 12 is configured to be adjustable, the position of the start end of the return line 32 that is a connection portion with the non-evaporated fraction collecting means 12 changes. For this reason, the return line 32 is provided with a position where the start position can be adjusted, for example, by adopting a pipe or joint having flexibility or stretchability at least in part.

また、戻りライン32には、液体を移送するポンプ321が設けられる。さらに、必要に応じて、濃度監視部322や流路を開閉する弁323および324が設けられる。ポンプ321の制御機能を有する制御手段16を具備する場合、ポンプ321の運転状態などは、液面(液位)の検出結果に基づいて制御する制御手段16によって制御される。   The return line 32 is provided with a pump 321 for transferring liquid. Furthermore, if necessary, a concentration monitoring unit 322 and valves 323 and 324 for opening and closing the flow path are provided. When the control means 16 having the control function of the pump 321 is provided, the operation state of the pump 321 is controlled by the control means 16 that controls based on the detection result of the liquid level (liquid level).

濃度監視部322は、同位体の濃度を計測する機能と濃度計測結果に基づいて三方弁323の開閉状態を切り替える指令を生成する機能とを有し、計測した同位体の濃度に応じて三方弁323の開閉状態を切り替える。なお、図1に示される三方弁323の白抜きおよび黒塗りは、それぞれ、開放および閉止の状態を表しており、図1に例示される三方弁323の開閉状態は、合流点P1へ向かう流路が開放する一方、液相回収ライン33を構成する流路が閉止している状態である。   The concentration monitoring unit 322 has a function of measuring the concentration of the isotope and a function of generating a command for switching the open / close state of the three-way valve 323 based on the concentration measurement result, and the three-way valve according to the measured concentration of the isotope. The open / close state of H.323 is switched. The white and black lines of the three-way valve 323 shown in FIG. 1 represent the open and closed states, respectively. The open / closed state of the three-way valve 323 illustrated in FIG. 1 indicates the flow toward the confluence P1. While the path is open, the flow path constituting the liquid phase recovery line 33 is closed.

液相回収ライン33は、例えば、移送ライン31への戻しを停止するまたは減少させるなどの必要時に、未蒸発分捕集手段12が捕集する未蒸発分3を回収する流路を備えるラインである。液相回収ライン33は、例えば、移送ライン31への戻しを停止するまたは減少させるなどの必要時に入口である三方弁323の液相回収ライン33側のポートが開路する一方、合流点P1へ向かう流路が閉止する。この三方弁323の流路開閉動作によって捕集された未蒸発分3は液相回収ライン33を通して回収される。   The liquid phase recovery line 33 is a line including a flow path for recovering the non-evaporated component 3 collected by the non-evaporated component collecting means 12 when, for example, the return to the transfer line 31 is stopped or reduced. is there. In the liquid phase recovery line 33, for example, a port on the liquid phase recovery line 33 side of the three-way valve 323 that is an inlet is opened when necessary to stop or reduce the return to the transfer line 31, and the liquid phase recovery line 33 moves toward the confluence P1. The flow path closes. The non-evaporated matter 3 collected by the flow path opening / closing operation of the three-way valve 323 is recovered through the liquid phase recovery line 33.

続いて、同位体分離装置10Aが採用する同位体分離処理手順の原理について、水と水素同位体の交換反応を例に説明する。   Subsequently, the principle of the isotope separation processing procedure adopted by the isotope separation apparatus 10A will be described by taking an exchange reaction of water and hydrogen isotopes as an example.

水と水素同位体の交換反応は、下記式(1)で表される。ここで、下記式(1)中のαは分離係数(平衡定数)であり温度が定まると決定される定数である。   The exchange reaction of water and hydrogen isotopes is represented by the following formula (1). Here, α in the following formula (1) is a separation coefficient (equilibrium constant), which is a constant determined when the temperature is determined.

Figure 2019025452
Figure 2019025452

分離係数(平衡定数)αは、比揮発度とも呼称され、完全気体と理想溶液では、下記式(2)に記されるように、分圧の比として表される。ここで、下記式(2)中のxおよびyは、それぞれ、気相および液相のモル分率である。また、Pは分圧である。なお、xなどに付される下付き文字は物質名を表しており、例えば、下付き文字が付されているxは、当該物質の気相のモル分率を表す。   The separation factor (equilibrium constant) α is also referred to as specific volatility, and is expressed as a partial pressure ratio between a perfect gas and an ideal solution as shown in the following formula (2). Here, x and y in the following formula (2) are the molar fractions of the gas phase and the liquid phase, respectively. P is a partial pressure. Note that a subscript attached to x or the like represents a substance name. For example, x attached with a subscript represents a gas phase mole fraction of the substance.

Figure 2019025452
Figure 2019025452

また、温度0℃から130℃の範囲(273K≦T≦403K)では、HTOの分圧に対するHOの分圧(分圧比)の自然対数(ネイピア数eを底とする対数)について、下記式(3)が成立する報告例がある。また、水素同位体を含む水の蒸気圧の大きさの関係は、下記式(4)で表される関係が成立することが知られている。 In addition, in the temperature range from 0 ° C. to 130 ° C. (273K ≦ T ≦ 403K), the natural logarithm (logarithm based on the Napier number e) of the partial pressure (partial pressure ratio) of H 2 O with respect to the partial pressure of HTO is as follows. There is a report example in which Expression (3) is established. Further, it is known that the relationship of the vapor pressure of water containing a hydrogen isotope is expressed by the following equation (4).

Figure 2019025452
Figure 2019025452

図2はHOの同位体の温度(横軸)と分離係数α(縦軸)との関係を示す説明図(グラフ)であり、より具体的には、上記式(3)を用いて求まる温度Tに対する分離係数αの関係を表すグラフである。 FIG. 2 is an explanatory diagram (graph) showing the relationship between the H 2 O isotope temperature (horizontal axis) and the separation coefficient α (vertical axis), and more specifically, using the above equation (3). It is a graph showing the relationship of the separation coefficient (alpha) with respect to the temperature T to be obtained.

図2に示される関係から温度が低いほど分離係数αは大きくなる傾向がある。その一方で温度が低くなるほど反応速度は遅くなる傾向にある。従って、大きい分離係数αを得るためには、より反応速度を高める手法を採用して処理効率を向上させる必要がある。   From the relationship shown in FIG. 2, the separation factor α tends to increase as the temperature decreases. On the other hand, the lower the temperature, the slower the reaction rate. Therefore, in order to obtain a large separation coefficient α, it is necessary to improve the processing efficiency by adopting a method for increasing the reaction rate.

そこで、本実施形態では、反応速度を向上させる手法として、被処理液1を微小液滴化して表面積を増大化する手法を採用している。本手法を採用することで、被処理液1の蒸発に寄与する表面積を大きくすることができ、同じ温度であっても微小液滴化しない場合と比べてより高速に反応を進行させることができる。   Therefore, in the present embodiment, as a method for improving the reaction rate, a method for increasing the surface area by forming the liquid 1 to be processed into fine droplets is adopted. By adopting this method, the surface area that contributes to the evaporation of the liquid 1 to be treated can be increased, and the reaction can proceed at a higher speed than in the case where the droplets are not formed even at the same temperature. .

また、被処理液1の蒸発量は、液滴2の浮遊時間や雰囲気の温度などを制御することにより行う。被処理液1を微小液滴化した液滴2について、蒸発による液体(ここでは、水)の液滴半径の変化は下記式(5)を用いて求めることができることが知られている。   Further, the evaporation amount of the liquid 1 to be processed is performed by controlling the floating time of the droplet 2 and the temperature of the atmosphere. It is known that the droplet radius of the liquid (here, water) due to evaporation of the droplet 2 obtained by making the liquid 1 to be processed into microdroplets can be obtained using the following equation (5).

Figure 2019025452
Figure 2019025452

被処理液1(図1)から同位体を分離するためには、気相分(蒸発分)が生じることが必要である一方、完全に蒸発させない(液滴2が未蒸発分3として残存する)ことが必要である。従って、未蒸発分捕集手段12の高さ方向の位置、より具体的には距離hは、液滴2の蒸発速度に応じて設定する。   In order to separate the isotope from the liquid to be treated 1 (FIG. 1), it is necessary to generate a gas phase component (evaporated component), but it is not completely evaporated (droplet 2 remains as an unevaporated component 3). )It is necessary. Therefore, the position in the height direction of the non-evaporated component collecting means 12, more specifically, the distance h is set according to the evaporation speed of the droplet 2.

液滴2の浮遊時間は、噴霧手段11から噴射された直後(初期時)の液滴2よりも小さくなっていれば十分であるが、同位体の分離を効率化する観点からは、気相分(蒸発分)と液相分(未蒸発分3)との割合が、少量側が10%程度以上であって多量側が90%程度未満であることが好ましい。また、少量側が25%程度以上であって多量側が75%程度未満であればより好ましく、気相分(蒸発分)と液相分(未蒸発分3)との割合の差が20%程度以内で収まる範囲であればさらに好ましい。   The suspension time of the droplet 2 is sufficient if it is smaller than that of the droplet 2 immediately after being ejected from the spraying means 11 (initial stage). However, from the viewpoint of improving the efficiency of isotope separation, It is preferable that the ratio of the fraction (evaporated component) and the liquid phase component (non-evaporated component 3) is about 10% or more on the small amount side and less than about 90% on the large amount side. Further, it is more preferable that the small amount side is about 25% or more and the large amount side is less than about 75%, and the difference in the ratio between the gas phase component (evaporated component) and the liquid phase component (non-evaporated component 3) is within about 20%. Is more preferable if it falls within the range.

図3は、周囲(雰囲気)の温度が25℃、浮遊開始時(浮遊時間0秒[sec])に平均粒径が20μmの場合における、液滴2(図1)の浮遊時間(横軸)経過後の平均粒径(縦軸)の関係を示す説明図(グラフ)である。   FIG. 3 shows the floating time (horizontal axis) of the droplet 2 (FIG. 1) when the ambient (atmosphere) temperature is 25 ° C. and the average particle size is 20 μm at the start of floating (floating time 0 sec [sec]). It is explanatory drawing (graph) which shows the relationship of the average particle diameter (vertical axis) after progress.

液滴2は、浮遊時間の経過と共に蒸発して平均粒径が浮遊開始時よりも小さくなる。例えば、噴霧手段11から噴射された直後(初期時)の液滴2の平均粒径が20μmであった場合、浮遊時間を約25秒以上に設定すれば、浮遊時の液滴2の平均粒径は初期時(=20μm)の3/4以下となる15μm以下とすることができ、初期時の液滴2の体積に対して約半分以上を蒸発させることができる。   The droplet 2 evaporates with the passage of the floating time, and the average particle size becomes smaller than that at the start of floating. For example, when the average particle size of the droplet 2 immediately after being ejected from the spraying means 11 (at the initial time) is 20 μm, the average particle size of the droplet 2 when floating can be set by setting the floating time to about 25 seconds or more. The diameter can be 15 μm or less, which is 3/4 or less of the initial value (= 20 μm), and about half or more of the initial volume of the droplet 2 can be evaporated.

液滴2の噴射方向が図1に例示される鉛直下方向の場合、噴霧手段11の特性により異なる場合も有り得るが、一般的には、液滴2は自由落下すると考えられる。液滴2の浮遊時間を確保するために設定する未蒸発分捕集手段12の高さ方向の位置は、例えば、ストークスの終末沈降速度を導出する下記式(8)を用いて算出することができる。制御手段16は、下記式(8)を用いた未蒸発分捕集手段12の高さ方向の位置の算出結果を距離hの制御に用いることができる。   When the ejection direction of the droplet 2 is the vertically downward direction illustrated in FIG. 1, it may be different depending on the characteristics of the spraying means 11, but in general, the droplet 2 is considered to fall freely. The position in the height direction of the non-evaporated fraction collecting means 12 set to ensure the floating time of the droplet 2 can be calculated using, for example, the following equation (8) that derives the Stokes terminal sedimentation velocity. it can. The control means 16 can use the calculation result of the position in the height direction of the non-evaporated component collecting means 12 using the following formula (8) for controlling the distance h.

Figure 2019025452
Figure 2019025452

また、浮遊時間は、噴射する液滴2の直径(平均粒径)の他、液滴2の噴射速度、雰囲気ガスの種類(空気、希ガスなど)や状態(温度、湿度、圧力など)によっても変化する。従って、液滴2の大きさおよび浮遊時間、液滴2の噴射速度、雰囲気ガスの種類、雰囲気ガスの状態および液滴2の沈降距離などを考慮して同位体の分離に適切な距離hを設定可能に噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12を構成する。   In addition to the diameter (average particle diameter) of the droplet 2 to be ejected, the floating time depends on the ejection speed of the droplet 2, the type of atmospheric gas (air, rare gas, etc.) and the state (temperature, humidity, pressure, etc.). Also changes. Accordingly, considering the size and floating time of the droplet 2, the jet velocity of the droplet 2, the type of the atmospheric gas, the state of the atmospheric gas, the settling distance of the droplet 2, and the like, an appropriate distance h for isotopic separation is set. The spraying means 11 and the non-evaporated component collecting means 12 are configured to be settable.

図4は、雰囲気温度が20℃(常圧)の場合における、液滴2の大きさ(平均粒径)の違いに対する浮遊時間(横軸)と沈降距離(縦軸)との関係を示す説明図(グラフ)である。   FIG. 4 illustrates the relationship between the floating time (horizontal axis) and the settling distance (vertical axis) with respect to the difference in size (average particle size) of the droplets 2 when the atmospheric temperature is 20 ° C. (normal pressure). It is a figure (graph).

図4に示される点群m1、m2、m3、m4およびm5は、それぞれ、液滴2の平均粒径が、0.1、1.0、5.0、10および20μmの場合の沈降距離をメートル[m]で表している。   Point groups m1, m2, m3, m4 and m5 shown in FIG. 4 indicate the settling distances when the average particle size of the droplet 2 is 0.1, 1.0, 5.0, 10 and 20 μm, respectively. Expressed in meters [m].

液滴2は平均粒径が大きい程、浮遊時間は短くなり、沈降距離は長くなる。また、何れの平均粒径についても、浮遊時間と沈降距離とは比例関係にあり、浮遊時間が長い程、沈降距離は長くなる。図4に示される結果を考慮すれば、例えば、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12間の距離hを0.4メートル程度とし、浮遊時間が120秒[sec]以内となるように装置を設計する場合、液滴2の平均粒径は10μm以上とすることが望ましい。   The larger the average particle size of the droplet 2, the shorter the floating time and the longer the settling distance. For any average particle size, the floating time and the settling distance are proportional to each other, and the longer the floating time, the longer the settling distance. In consideration of the results shown in FIG. 4, for example, the apparatus is set so that the distance h between the spraying means 11 and the non-evaporated fraction collecting means 12 is about 0.4 meters and the floating time is within 120 seconds [sec]. Is designed, the average particle size of the droplets 2 is preferably 10 μm or more.

続いて、同位体分離装置10Aの作用について、図1に示される同位体分離装置10Aを例に説明する。   Next, the operation of the isotope separation device 10A will be described using the isotope separation device 10A shown in FIG. 1 as an example.

同位体分離装置10Aは、まず、移送ライン31を通して被処理液1を噴霧手段11へ移送する。噴霧手段11では、被処理液1が微小液滴化されて液滴2が生成される。被処理液1が微小液滴化されることによって蒸発に寄与する表面積が増大する。   The isotope separation apparatus 10 </ b> A first transfers the liquid 1 to be treated to the spraying means 11 through the transfer line 31. In the spraying means 11, the liquid 1 to be processed is made into fine droplets to generate droplets 2. The surface area that contributes to evaporation is increased by forming the liquid 1 to be processed into fine droplets.

生成された液滴2は噴霧手段11の噴射口から雰囲気中に噴射され、設定した所定時間以上浮遊させる。同位体分離装置10Aでは、液滴2の大きさ、液滴2の噴射速度、雰囲気ガスの種類、雰囲気ガスの状態および距離hの少なくとも何れかを制御することによって液滴2の浮遊時間が制御される。   The generated liquid droplet 2 is ejected from the ejection port of the spraying means 11 into the atmosphere and floats for a set predetermined time or more. In the isotope separation device 10A, the floating time of the droplet 2 is controlled by controlling at least one of the size of the droplet 2, the ejection speed of the droplet 2, the type of the atmospheric gas, the state of the atmospheric gas, and the distance h. Is done.

なお、液滴2の大きさについては、例えば、噴霧手段11が液滴2の大きさを制御する機能を有する場合、当該機能を用いて行われる。   In addition, about the magnitude | size of the droplet 2, when the spraying means 11 has a function which controls the magnitude | size of the droplet 2, it performs using the said function, for example.

雰囲気中に噴射された液滴2は、雰囲気中を浮遊する過程で一部が蒸発し、残りは液滴2として残存する。液滴2として残存する未蒸発分3は未蒸発分捕集手段12に捕集される。液滴2の浮遊時間は軽いほど長くなるため、液滴2として残存する未蒸発分3は、蒸発した蒸発分よりも相対的に重い。   Part of the droplets 2 ejected into the atmosphere evaporates in the process of floating in the atmosphere, and the rest remains as droplets 2. The non-evaporated component 3 remaining as the droplet 2 is collected by the non-evaporated component collecting means 12. Since the floating time of the droplet 2 becomes longer as it is lighter, the unevaporated component 3 remaining as the droplet 2 is relatively heavier than the evaporated component.

同位体分離装置10Aは、液滴2を浮遊させることによって、液滴2を気相分(液滴2の蒸発分)と液相分(液滴2の未蒸発分3)とに分離し、被処理液1に含まれる同位体を相対的に軽い成分(軽成分)と相対的に重い成分(重成分)とに分離する。   The isotope separation device 10A suspends the droplet 2 to separate the droplet 2 into a gas phase component (evaporated component of the droplet 2) and a liquid phase component (unevaporated component 3 of the droplet 2), The isotope contained in the liquid 1 is separated into a relatively light component (light component) and a relatively heavy component (heavy component).

図1に例示される同位体分離装置10Aでは、未蒸発分捕集手段12に捕集された未蒸発分3は、戻りライン32を通して移送される。未蒸発分3の移送先は、三方弁323によって、移送ライン31(合流点P1)か液相回収ライン33かに切り替えられる。移送先の切り替えは、例えば、濃度監視部322が計測した同位体の濃度を考慮するなどして行われる。   In the isotope separation apparatus 10 </ b> A illustrated in FIG. 1, the unevaporated matter 3 collected by the unevaporated matter collecting means 12 is transferred through the return line 32. The transfer destination of the unevaporated component 3 is switched to the transfer line 31 (confluence point P1) or the liquid phase recovery line 33 by the three-way valve 323. The transfer destination is switched, for example, in consideration of the isotope concentration measured by the concentration monitoring unit 322.

なお、上述した同位体分離装置10Aは一例であり、上述した例に限定されるものではなく、幾つかの構成要素を付加したり、任意の構成要素を省略するなど変更したりして同位体分離装置10Aを構成することができる。   The above-described isotope separation apparatus 10A is an example, and is not limited to the above-described example, but isotopes may be modified by adding some components or omitting optional components. The separation device 10A can be configured.

同位体分離装置10Aは、少なくとも被処理液1を微小な液滴2として噴霧して所定の浮遊時間浮遊させた後に残存する液滴2を捕集できればよいため、噴霧手段11と未蒸発分捕集手段12とを具備していればよい。換言すれば、上述した同位体分離装置10Aのうち、位置調整手段13、雰囲気情報検出手段14、液位検出手段15、制御手段16、戻りライン32および液相回収ライン33は、任意の構成要素であり、これらの少なくとも何れかを省略して同位体分離装置10Aを構成することができる。   The isotope separation device 10A only needs to collect the droplet 2 remaining after spraying at least the liquid 1 to be treated as a fine droplet 2 and floating for a predetermined floating time. It is sufficient that the collecting means 12 is provided. In other words, in the isotope separation apparatus 10A described above, the position adjusting means 13, the atmosphere information detecting means 14, the liquid level detecting means 15, the control means 16, the return line 32, and the liquid phase recovery line 33 are optional components. Therefore, it is possible to configure the isotope separation device 10A by omitting at least one of these.

例えば、上述した同位体分離装置10Aは、被処理液1の温度調整手段を具備していない例であるが、図示が省略されている供給源や移送ライン31にヒータやクーラなどの被処理液1の調温手段を追設してもよい。   For example, the above-described isotope separation apparatus 10A is an example that does not include a temperature adjusting unit for the liquid 1 to be processed, but the liquid to be processed such as a heater or a cooler in a supply source or transfer line 31 that is not illustrated. One temperature control means may be additionally provided.

また、上述した同位体分離装置10Aは、位置調整手段13を具備しているが、距離hの調整を噴霧手段11側のみで十分に行える場合などでは、位置調整手段13を省略した構成を採用してもよい。   In addition, the above-described isotope separation apparatus 10A includes the position adjusting unit 13, but in the case where the distance h can be sufficiently adjusted only on the spraying unit 11 side, a configuration in which the position adjusting unit 13 is omitted is adopted. May be.

また、上述した同位体分離装置10Aは、機械を用いて未蒸発分3を回収し、移送ライン31に合流させる戻りライン32を設けて構成されているが、必ずしも戻りライン32を設ける必要はない。また、戻りライン32から分岐する液相回収ライン33についても必ずしも設ける必要はなく、省略した構成を採用してもよい。   Further, the above-described isotope separation apparatus 10A is configured to provide the return line 32 that collects the unevaporated component 3 using a machine and joins it to the transfer line 31, but the return line 32 is not necessarily provided. . Further, the liquid phase recovery line 33 branched from the return line 32 is not necessarily provided, and an omitted configuration may be adopted.

同位体分離装置10Aでは、上述したような構成要素の追加や省略の他にも、形状や要素を変更することもできる。上述した同位体分離装置10Aにおいて、未蒸発分捕集手段12を一例にして説明する。   In the isotope separation apparatus 10A, in addition to the addition and omission of the components as described above, the shape and elements can be changed. In the above-described isotope separation apparatus 10A, the non-evaporated component collecting means 12 will be described as an example.

図5は未蒸発分捕集手段12の構成例を示す概略図であり、図5(A)は捕集面121が平らな構成例を示す概略図、図5(B)は捕集面121が傾斜している構成例を示す概略図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration example of the non-evaporated component collecting means 12, FIG. 5A is a schematic diagram showing a configuration example in which the collection surface 121 is flat, and FIG. 5B is a collection surface 121. It is the schematic which shows the structural example which is inclined.

図6は未蒸発分捕集手段12および未蒸発分回収手段17の構成例を示す概略図であり、図6(A)は、傾斜している回収面171を備える未蒸発分回収手段17の構成例を示す概略図であり、図6(B)は平らな回収面172を備える未蒸発分回収手段17の構成例を示す概略図である。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the non-evaporated component collecting unit 12 and the non-evaporated component collecting unit 17, and FIG. FIG. 6B is a schematic diagram illustrating a configuration example of the non-evaporated component recovery unit 17 including a flat recovery surface 172. FIG.

図1に例示される未蒸発分捕集手段12の未蒸発分3の捕集面は、図5(A)に例示されるような平らな捕集面(平面)121であるが、より捕集を容易化するなどの観点から図5(B)に例示されるような傾斜した捕集面122に構成してもよい。   The collection surface of the non-evaporated component 3 of the non-evaporated component collection unit 12 illustrated in FIG. 1 is a flat collection surface (plane) 121 as illustrated in FIG. In view of facilitating collection, the inclined collection surface 122 may be configured as illustrated in FIG. 5B.

また、図6(A)に例示されるように、未蒸発分捕集手段12の捕集面に貫通孔を設けた有孔捕集面123を形成したり、スクレーパ18などの捕集面をかする(擦過する)擦過手段を付属させたりしてもよい。   Moreover, as illustrated in FIG. 6A, a perforated collecting surface 123 having a through hole is formed on the collecting surface of the non-evaporated component collecting means 12, or a collecting surface such as a scraper 18 is provided. A scraping means for rubbing (scratching) may be attached.

有孔捕集面123を形成した未蒸発分捕集手段12では、未蒸発分捕集手段12を動かすことなく未蒸発分3を容易に回収することができ、未蒸発分3の回収効率を高めることができる。また、擦過手段は、未蒸発分捕集手段12に残留する未蒸発分3の量をより減少させることができ、未蒸発分3の回収効率を高めることができる。   In the non-evaporated component collecting means 12 having the perforated collecting surface 123, the non-evaporated component 3 can be easily recovered without moving the non-evaporated component collecting means 12, and the recovery efficiency of the non-evaporated component 3 can be improved. Can be increased. Further, the rubbing means can further reduce the amount of the non-evaporated component 3 remaining in the non-evaporated component collecting unit 12, and can improve the recovery efficiency of the non-evaporated component 3.

有孔捕集面123を形成した未蒸発分捕集手段12を設ける場合、図6(A)に例示されるように、未蒸発分捕集手段12とは別に未蒸発分3(図1)を回収する容器状の未蒸発分回収手段17をさらに設けることができる。蒸発分回収手段17における未蒸発分3の回収面は、傾斜した回収面171(図6(A))でも平らな回収面172(図6(B))でもよい。   When the non-evaporated component collecting means 12 having the perforated collecting surface 123 is provided, as illustrated in FIG. 6 (A), the non-evaporated component collecting means 12 (FIG. 1) separately from the non-evaporated component collecting means 12. A container-like non-evaporated component recovery means 17 for recovering the gas can be further provided. The collection surface of the non-evaporated component 3 in the evaporated component recovery means 17 may be an inclined recovery surface 171 (FIG. 6A) or a flat recovery surface 172 (FIG. 6B).

また、図6に示される未蒸発分回収手段17は、戻りライン32と接続されている例であるが、戻りライン32が省略されていてもよい。すなわち、未蒸発分回収手段17は単なる容器として構成されていてもよい。   Moreover, although the non-evaporated component collection | recovery means 17 shown by FIG. 6 is an example connected with the return line 32, the return line 32 may be abbreviate | omitted. That is, the non-evaporated component recovery means 17 may be configured as a simple container.

次に、第1の実施形態に係る同位体分離方法の一例として、同位体分離装置10Aを用いた同位体分離処理手順(以下、「第1の同位体分離処理手順」とする。)について説明する。   Next, as an example of the isotope separation method according to the first embodiment, an isotope separation processing procedure using the isotope separation device 10A (hereinafter, referred to as “first isotope separation processing procedure”) will be described. To do.

図7は、第1の同位体分離処理手順における処理ステップ(ステップS1〜ステップS4)の流れを示す流れ図(フローチャート)である。   FIG. 7 is a flowchart (flow chart) showing a flow of processing steps (step S1 to step S4) in the first isotope separation processing procedure.

第1の同位体分離処理手順は、例えば、同位体を含む被処理液1を微小な液滴2(図1)とするステップ(ステップS1)と、微小な液滴2を所定空間内に放出(噴射)し、放出した微小な液滴2を設定した所定時間浮遊させることによって、浮遊中に蒸発する蒸発分と浮遊を終えてもなお液体のまま残存する未蒸発分3とに分離するステップ(ステップS2)とを備える。所定空間内に放出された微小な液滴2のうち、未蒸発分の液滴2は、回収される(ステップS3)。   The first isotope separation processing procedure includes, for example, a step (step S1) in which a liquid 1 to be processed 1 containing an isotope is a minute droplet 2 (FIG. 1), and a minute droplet 2 is released into a predetermined space. (Spraying) and separating the discharged fine droplets 2 into a vaporized portion that evaporates while floating and a non-evaporated portion 3 that remains liquid even after the suspension, by floating for a predetermined time. (Step S2). Of the minute droplets 2 released into the predetermined space, the droplet 2 that has not been evaporated is collected (step S3).

第1の同位体分離処理手順では、まず、噴霧手段11(図1)が同位体を含む被処理液1の微小な液滴2を発生させる(ステップS1)。続いて、発生させた微小な液滴2を、噴霧手段11から噴射して空間を浮遊させる。液滴2は、放出された空間中で一部が蒸発して大きさが減少していき、設定される浮遊時間経過後、未蒸発分捕集手段12(図1)に到着する(ステップS2)。続いて、蒸発することなく残存する液滴2(未蒸発分3)を回収する(ステップS3)。   In the first isotope separation processing procedure, first, the spray means 11 (FIG. 1) generates minute droplets 2 of the liquid 1 to be processed containing isotopes (step S1). Subsequently, the generated minute droplet 2 is ejected from the spray means 11 to float the space. The droplet 2 partially evaporates and decreases in size in the released space, and arrives at the non-evaporated fraction collecting means 12 (FIG. 1) after the set floating time has elapsed (step S2). ). Subsequently, the remaining droplet 2 (non-evaporated portion 3) that does not evaporate is collected (step S3).

ステップS3の完了後、第1の同位体分離処理手順を終了する場合(ステップS4でYESの場合)、第1の同位体分離処理手順は全処理ステップを終了する(END)。一方、第1の同位体分離処理手順を終了しない場合(ステップS4でNOの場合)、処理フローはステップS1へ戻り、ステップS1以降の処理ステップが行われる。   If the first isotope separation processing procedure is to be ended after completion of step S3 (YES in step S4), the first isotope separation processing procedure is to end all processing steps (END). On the other hand, when the first isotope separation process procedure is not terminated (NO in step S4), the process flow returns to step S1, and the process steps after step S1 are performed.

このように、同位体分離装置10Aおよび第1の同位体分離処理手順によれば、同位体を含む液体(被処理液1)を微小な液滴2として噴射し、一部の液滴2を蒸発させることで、蒸発分と未蒸発分とに分離することができる。液滴2の蒸発分は相対的に軽い同位体が多くなる一方、液滴2の未蒸発分は相対的に重い同位体が多くなることから、液滴2の蒸発分と未蒸発分とを分離することによって、被処理液1に含まれる同位体を分離することができる。   As described above, according to the isotope separation device 10A and the first isotope separation processing procedure, the liquid containing the isotope (the liquid 1 to be processed) is ejected as the minute droplets 2 and some of the droplets 2 are ejected. By evaporating, it can be separated into an evaporated component and an unevaporated component. While the vaporized portion of droplet 2 has relatively light isotopes, the unvaporized portion of droplet 2 has relatively heavy isotopes. By separating, isotopes contained in the liquid 1 to be treated can be separated.

同位体分離装置10Aは、同位体を分離するための構成が噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12であるため、水蒸留方式、同位体交換方式および電気分解方式などの従来の同位体分離技術を採用した同位体分離装置よりも小型で処理コストを割安に抑えることができる。すなわち、同位体分離装置10Aおよび第1の同位体分離処理手順によれば、従来よりも小型で処理コストを割安に抑えて被処理液1の中に存在する同位体を分離して回収することができる。   Since the isotope separation device 10A is configured to separate the isotopes by the spraying means 11 and the unevaporated fraction collecting means 12, conventional isotope separation such as a water distillation method, an isotope exchange method, and an electrolysis method are used. It is smaller than the isotope separation device that adopts the technology, and the processing cost can be reduced. That is, according to the isotope separation apparatus 10A and the first isotope separation processing procedure, it is possible to separate and recover isotopes present in the liquid 1 to be processed with a smaller size and lower processing costs. Can do.

また、同位体分離装置10Aを、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12間の距離hを調整可能に構成することで、液滴2の浮遊時間を適切に制御することができ、高い分離効率が得られる状態を維持することができる。   Further, by configuring the isotope separation device 10A so that the distance h between the spraying means 11 and the non-evaporated fraction collecting means 12 can be adjusted, the floating time of the droplet 2 can be appropriately controlled, and high separation is achieved. A state where efficiency is obtained can be maintained.

同位体分離装置10Aに検出手段を設けることで、液滴2の浮遊時間に影響する雰囲気ガスの状態(温度、湿度、圧力など)や噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12間の距離hを検出することができ、検出結果を高い分離効率を得るための浮遊時間の設定に用いることができる。また、同位体分離装置10Aに制御手段16を設けることで、高い分離効率を得るための浮遊時間の設定を(制御手段16が)自動で行うことができる。   By providing detection means in the isotope separation apparatus 10A, the state of the atmospheric gas (temperature, humidity, pressure, etc.) affecting the floating time of the droplet 2 and the distance h between the spray means 11 and the unevaporated fraction collection means 12 Can be detected, and the detection result can be used for setting the floating time for obtaining high separation efficiency. Further, by providing the control means 16 in the isotope separation apparatus 10A, the floating time for obtaining a high separation efficiency can be automatically set (by the control means 16).

同位体分離装置10Aに、未蒸発分回収手段17を設けることで、未蒸発分3の捕集を継続しつつ捕集された未蒸発分3を回収することができる。また、擦過手段を設けることで未蒸発分3をより効率良く集積して回収することができる。   By providing the non-evaporated component recovery means 17 in the isotope separation apparatus 10A, the collected non-evaporated component 3 can be recovered while continuing to collect the non-evaporated component 3. In addition, by providing a rubbing means, the non-evaporated component 3 can be more efficiently collected and recovered.

また、同位体分離装置10Aにおいて、戻りライン32を設けることで、未蒸発分3の捕集を継続しつつ捕集された未蒸発分3を回収することができる。さらに、同位体分離装置10内で第1の同位体分離処理手順(図7)などの同位体分離処理手順を複数回(多サイクルで)繰り返すことができるので、より濃度の高い状態で同位体を分離することができる。   Moreover, in the isotope separation apparatus 10A, by providing the return line 32, it is possible to collect the collected unevaporated component 3 while continuing to collect the unevaporated component 3. Furthermore, since the isotope separation processing procedure such as the first isotope separation processing procedure (FIG. 7) can be repeated a plurality of times (in multiple cycles) in the isotope separation apparatus 10, the isotope is in a higher concentration state. Can be separated.

同位体分離装置10Aにおいて、戻りライン32から分岐する液相回収ライン33を設けることで、同位体分離処理手順の繰り返しが不要な場合に、同位体分離処理手順を行ってもなお未蒸発であった液滴2を回収することができる。   In the isotope separation apparatus 10A, by providing the liquid phase recovery line 33 that branches from the return line 32, if it is not necessary to repeat the isotope separation processing procedure, the isotope separation processing procedure is not yet evaporated. The collected droplet 2 can be collected.

さらに、戻りライン32に濃度監視部322を設けることで、計測した同位体の濃度に応じて、未蒸発分3の移送ライン31への移送を継続するか否(移送ライン31への移送を停止または移送先を切り替えて回収する)かを切り替えることができる。   Furthermore, by providing the concentration monitoring unit 322 in the return line 32, whether or not to continue the transfer of the unevaporated component 3 to the transfer line 31 according to the measured concentration of the isotope (the transfer to the transfer line 31 is stopped). Alternatively, it is possible to switch the transfer destination to collect).

なお、図1に例示される同位体分離装置10Aは、同位体の分離を行う、噴霧手段11および未蒸発分捕集手段12が、それぞれ1個ずつ(分離段数が1段)の構成であるが、同位体分離装置10Aを直列に複数個接続して分離段数を複数段に多段化して構成してもよい。   Note that the isotope separation apparatus 10A illustrated in FIG. 1 has a configuration in which each of the spraying means 11 and the unevaporated fraction collecting means 12 for separating isotopes is one (the number of separation stages is one). However, a plurality of isotope separation apparatuses 10A may be connected in series, and the number of separation stages may be increased to a plurality of stages.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る同位体分離装置は、第1の実施形態に係る同位体分離装置に対して、より空間的に限定した範囲内で液滴の蒸発を管理する点と、当該範囲内で生じた液滴の蒸発分(気相分)を回収する蒸発分回収ラインが設けられている点とで相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、本実施形態の説明では、上記相違点を中心に説明し、上述した実施形態と実質的に重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
The isotope separation device according to the second embodiment of the present invention manages the evaporation of droplets within a more spatially limited range with respect to the isotope separation device according to the first embodiment; This is different from the point provided with the evaporation recovery line for recovering the evaporation (gas phase) of the droplets generated within the range, but is not substantially different in other points. Therefore, in the description of the present embodiment, the difference will be mainly described, and a description that substantially overlaps with the above-described embodiment will be omitted.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る同位体分離装置の一例である同位体分離装置10Bの構成を概略的に示した概略図である。   FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing the configuration of an isotope separation device 10B which is an example of an isotope separation device according to a second embodiment of the present invention.

なお、図8では、図の煩雑化防止などの観点から、制御手段16などの同位体分離装置10Aに対して実質的に相違しない構成の一部を省略して示している。   In FIG. 8, from the viewpoint of preventing the complication of the drawing, a part of the configuration that is not substantially different from the isotope separation apparatus 10A such as the control means 16 is omitted.

同位体分離装置10Bは、例えば、同位体分離装置10Aに対して、液滴2が蒸発する範囲を空間的に限定する蒸発制御容器21と、蒸発制御容器21内の気相環境を制御する環境制御手段22と、蒸発制御容器21内にパージガス4を供給するパージガス供給ライン23と、蒸発した液滴2を含む気相部分を蒸発制御容器21内から回収する気相回収ライン35とが設けられている。   The isotope separation device 10B includes, for example, an evaporation control container 21 that spatially limits the range in which the droplet 2 evaporates with respect to the isotope separation device 10A, and an environment that controls the gas phase environment in the evaporation control container 21 A control means 22, a purge gas supply line 23 for supplying the purge gas 4 into the evaporation control container 21, and a gas phase recovery line 35 for recovering the gas phase portion including the evaporated droplet 2 from the evaporation control container 21 are provided. ing.

同位体分離装置10Bにおいて、雰囲気情報検出手段14は、例えば、温度、湿度および圧力などの蒸発制御容器21内の気相環境を表す物理量を検出する。   In the isotope separation device 10B, the atmosphere information detection means 14 detects physical quantities representing the gas phase environment in the evaporation control vessel 21, such as temperature, humidity, and pressure.

環境制御手段22は、例えば、温度を制御する温度制御機能、湿度を制御する湿度制御機能および圧力を制御する圧力制御機能などの蒸発制御容器21内の気相環境を表す物理量の少なくとも一つについて制御する機能を有する。環境制御手段22は、雰囲気情報検出手段14が検出する温度などの物理量の検出値に基づき当該物理量を目標値に近づけるように制御する。   The environment control means 22 is for at least one of physical quantities representing a gas phase environment in the evaporation control vessel 21 such as a temperature control function for controlling temperature, a humidity control function for controlling humidity, and a pressure control function for controlling pressure. It has a function to control. The environment control means 22 controls the physical quantity so as to approach the target value based on the detected value of the physical quantity such as the temperature detected by the atmosphere information detection means 14.

環境制御手段22としての温度制御手段は、例えば、加温器や冷却器などを用いて構成することができる。環境制御手段22としての湿度制御手段は、例えば、気体から湿分を除去する乾燥器や、シリカゲルや吸水ポリマーなどの湿分吸収要素と容器内の気相部分を排気する排気要素とを組み合わせたりして構成することができる。   The temperature control means as the environment control means 22 can be configured using, for example, a heater or a cooler. The humidity control means as the environment control means 22 is, for example, a combination of a dryer that removes moisture from a gas, a moisture absorption element such as silica gel or a water-absorbing polymer, and an exhaust element that exhausts the gas phase portion in the container. Can be configured.

環境制御手段22としての圧力制御手段は、例えば、加圧ポンプや減圧ポンプなどを用いて構成することができる。   The pressure control means as the environment control means 22 can be configured using, for example, a pressurization pump or a decompression pump.

パージガス供給ライン23は、パージガス4を供給するパージガス供給源(図8において図示を省略)と蒸発制御容器21とを連絡する流路である。パージガス4としては、例えば、乾燥空気、窒素ガス、希ガスなどの化学的に安定であって乾燥した気体を用いることができる。   The purge gas supply line 23 is a flow path that connects a purge gas supply source (not shown in FIG. 8) for supplying the purge gas 4 and the evaporation control container 21. As the purge gas 4, for example, a chemically stable and dry gas such as dry air, nitrogen gas, or rare gas can be used.

パージガス供給ライン23には、蒸発制御容器21と連絡する流路を開閉自在な弁231が取り付けられている。なお、弁231の開状態と閉状態の切り替えは、制御手段16(図8において図示を省略)が雰囲気情報検出手段14から取得される湿度の検出値に基づいて行われてもよい。   A valve 231 that can open and close a flow path communicating with the evaporation control vessel 21 is attached to the purge gas supply line 23. The switching between the open state and the closed state of the valve 231 may be performed based on the humidity detection value acquired from the atmosphere information detection unit 14 by the control unit 16 (not shown in FIG. 8).

気相回収ライン35は、蒸発制御容器21内で蒸発した液滴2を含む気相部分(以下、「蒸発分」とする。)5を蒸発制御容器21から回収する流路を備えるラインである。気相回収ライン35には、例えば、液滴2を含み得る蒸発分5を凝縮し、蒸発分5に混在し得る湿分を除去する凝縮部351と、蒸発分5を吸引する吸引力を発生させる吸引ポンプ352とが設けられる。   The vapor phase recovery line 35 is a line having a flow path for recovering the vapor phase portion (hereinafter referred to as “evaporation”) 5 including the droplets 2 evaporated in the evaporation control container 21 from the evaporation control container 21. . The vapor phase recovery line 35 generates, for example, a condensing unit 351 that condenses the evaporated component 5 that can contain the droplets 2 and removes moisture that may be mixed in the evaporated component 5, and a suction force that sucks the evaporated component 5. A suction pump 352 is provided.

凝縮部351は、例えば、蒸発分5を冷却する冷却手段、シリカゲルなどの吸湿剤を用いた湿分除去手段、気相分と液相分とに分離する気液分離膜や遠心分離機などの気液分離手段などを用いて構成することができる。   The condensing unit 351 includes, for example, a cooling unit that cools the evaporated component 5, a moisture removing unit that uses a hygroscopic agent such as silica gel, a gas-liquid separation membrane that separates the gas phase component and the liquid phase component, and a centrifuge. It can be configured using gas-liquid separation means or the like.

吸引ポンプ352は、蒸発制御容器21から蒸発分5を吸引する吸引力を発生させ、蒸発制御容器21内から気相回収ライン35へ蒸発分5を吸引する。蒸発分5の吸引量は、蒸発制御容器21内で発生した蒸発分5の蒸気圧分以上の体積となるように設定する。   The suction pump 352 generates a suction force for sucking the evaporated component 5 from the evaporation control container 21, and sucks the evaporated component 5 from the evaporation control container 21 to the vapor phase recovery line 35. The suction amount of the evaporated component 5 is set so as to be equal to or larger than the vapor pressure of the evaporated component 5 generated in the evaporation control container 21.

このように構成される同位体分離装置10Bは、同位体分離装置10Aと同様にして液滴2を部分的に蒸発させて被処理液1の中に存在する同位体を分離して回収する。また、同位体分離装置10Bは、液滴2の蒸発範囲を蒸発制御容器21内に制限し、気相回収ライン35から蒸発制御容器21内の蒸発分5を回収する。   The isotope separation device 10B configured in this manner separates and recovers the isotope present in the liquid 1 to be processed by partially evaporating the droplet 2 in the same manner as the isotope separation device 10A. The isotope separation device 10 </ b> B limits the evaporation range of the droplet 2 within the evaporation control container 21 and recovers the evaporated component 5 in the evaporation control container 21 from the vapor phase recovery line 35.

環境制御手段22を設けた同位体分離装置10Bでは、環境制御手段22が、例えば、温度、湿度および圧力などの蒸発制御容器21内の雰囲気の状態(気相環境)を表す物理量を制御することによって、蒸発制御容器21内における液滴2の蒸発を制御する。   In the isotope separation apparatus 10B provided with the environment control means 22, the environment control means 22 controls physical quantities representing the state of the atmosphere (vapor phase environment) in the evaporation control vessel 21, such as temperature, humidity, and pressure. Thus, the evaporation of the droplet 2 in the evaporation control container 21 is controlled.

パージガス供給ライン23を設けた同位体分離装置10Bでは、弁231を開いてパージガス4を蒸発制御容器21内に供給することによって、蒸発制御容器21内の雰囲気を乾燥した状態に維持することができ、液滴2の蒸発を促進する。   In the isotope separation apparatus 10B provided with the purge gas supply line 23, the atmosphere in the evaporation control vessel 21 can be kept dry by opening the valve 231 and supplying the purge gas 4 into the evaporation control vessel 21. , Promoting the evaporation of the droplet 2.

なお、図8に例示される気相回収ライン35は、凝縮部351および吸引ポンプ352を設けた例であるが、必ずしも両方を設ける必要はなく、一方を省略してもよい。   Note that the vapor phase recovery line 35 illustrated in FIG. 8 is an example in which the condensing unit 351 and the suction pump 352 are provided, but it is not always necessary to provide both, and one of them may be omitted.

例えば、凝縮部351のみを設ける(吸引ポンプ352を省略する)場合、凝縮部351が稼働することによって凝縮部351内の圧力が下がるため、連通する蒸発制御容器21内の気相部分を吸引する吸引力を発生させることができる。   For example, when only the condensing unit 351 is provided (the suction pump 352 is omitted), the pressure in the condensing unit 351 is lowered by the operation of the condensing unit 351, so the gas phase portion in the communicating evaporation control container 21 is aspirated. A suction force can be generated.

また、吸引ポンプ352を、気液混合体を移送可能な気液移送ポンプなどの液体が混在する気体を移送するのに十分な容量を有する場合、吸引ポンプ352のみを設ける(凝縮部351を省略する)こともできる。   Further, when the suction pump 352 has a capacity sufficient to transfer a gas in which a liquid such as a gas-liquid transfer pump capable of transferring the gas-liquid mixture is mixed, only the suction pump 352 is provided (the condensing unit 351 is omitted). You can).

なお、上述した同位体分離装置10Bは、同位体分離装置10Aに対して、蒸発制御容器21の他、環境制御手段22、パージガス供給ライン23および気相回収ライン35をさらに設けた場合の一例であるが、環境制御手段22、パージガス供給ライン23および気相回収ライン35の少なくとも何れかの構成要素を省略して同位体分離装置10Bを構成してもよい。すなわち、同位体分離装置10Bは、同位体分離装置10Aに対して、液滴2が蒸発する範囲を空間的に限定する蒸発制御容器21をさらに具備していればよい。   The isotope separation device 10B described above is an example in which an environment control means 22, a purge gas supply line 23, and a vapor phase recovery line 35 are further provided in addition to the evaporation control vessel 21 with respect to the isotope separation device 10A. However, the isotope separation apparatus 10B may be configured by omitting at least one of the environmental control means 22, the purge gas supply line 23, and the gas phase recovery line 35. In other words, the isotope separation device 10B only needs to further include an evaporation control vessel 21 that spatially limits the range in which the droplet 2 evaporates with respect to the isotope separation device 10A.

例えば、同位体分離装置10Aに対して、蒸発制御容器21および環境制御手段22をさらに具備する同位体分離装置10Bや蒸発制御容器21および気相回収ライン35をさらに具備する同位体分離装置10Bなどを構成することができ、蒸発制御容器21以外の構成要素は任意に選択して設けることができる。   For example, with respect to the isotope separation device 10A, an isotope separation device 10B further including an evaporation control vessel 21 and an environment control means 22, an isotope separation device 10B further including an evaporation control vessel 21 and a gas phase recovery line 35, etc. The components other than the evaporation control vessel 21 can be arbitrarily selected and provided.

なお、図8に例示される同位体分離装置10Bでは、図1に例示される同位体分離装置10Aに対して、1個の三方弁323(図1)の代わりに、戻りライン32に1個の二方弁(開閉弁)325と、液相回収ライン33に1個の二方弁331とを設けた構成であるが、図1に例示される同位体分離装置10Aと同様、2個の二方弁325および331の代わりに、戻りライン32と液相回収ライン33との分岐点P2に1個の三方弁323を設けた構成としてもよい。   In the isotope separation device 10B illustrated in FIG. 8, one is provided in the return line 32 instead of one three-way valve 323 (FIG. 1), compared to the isotope separation device 10A illustrated in FIG. The two-way valve (opening / closing valve) 325 and one two-way valve 331 are provided in the liquid phase recovery line 33. As in the isotope separation apparatus 10A illustrated in FIG. Instead of the two-way valves 325 and 331, one three-way valve 323 may be provided at a branch point P2 between the return line 32 and the liquid phase recovery line 33.

次に、第2の実施形態に係る同位体分離方法の一例として、同位体分離装置10Bを用いた同位体分離処理手順(以下、「第2の同位体分離処理手順」とする。)について説明する。   Next, as an example of the isotope separation method according to the second embodiment, an isotope separation processing procedure using the isotope separation device 10B (hereinafter referred to as a “second isotope separation processing procedure”) will be described. To do.

第2の同位体分離処理手順は、第1の同位体分離処理手順(図7)に対して、ステップS1およびステップS2を行う場所が蒸発制御容器21(図8)内である点と、蒸発した液滴2を回収するステップをさらに含む点で相違するが、その他の点では実質的に差異はない。   The second isotope separation processing procedure is different from the first isotope separation processing procedure (FIG. 7) in that the place where step S1 and step S2 are performed is in the evaporation control vessel 21 (FIG. 8), and evaporation. However, there is no substantial difference in other points.

蒸発した液滴2を回収するステップは、発生した微小な液滴2が蒸発した後であって、第2の同位体分離処理手順の終了前、すなわち、ステップS2よりも後であってステップS4よりも前のタイミングに行われる。蒸発した液滴2を回収するステップが行われるタイミングは、未蒸発分3を回収するステップS3(図7)との関係は問わない。   The step of collecting the evaporated droplet 2 is after the generated minute droplet 2 has evaporated and before the end of the second isotope separation processing procedure, that is, after step S2 and step S4. It is performed at an earlier timing. The timing at which the step of collecting the evaporated droplet 2 is performed is not related to the step S3 (FIG. 7) of collecting the non-evaporated portion 3.

なお、第2の同位体分離処理手順は、ステップS1〜ステップS3の処理ステップを促進するなどの観点から、パージガス4を蒸発制御容器21内に供給するステップや蒸発制御容器21内の温度などを制御するステップをさらに含んでいてもよい。   Note that the second isotope separation processing procedure includes the step of supplying the purge gas 4 into the evaporation control vessel 21 and the temperature in the evaporation control vessel 21 from the viewpoint of accelerating the processing steps of steps S1 to S3. It may further include a step of controlling.

このように、同位体分離装置10Bおよび第2の同位体分離処理手順によれば、同位体分離装置10Aおよび第1の同位体分離処理手順と同様に、従来よりも小型で処理コストを割安に抑えて被処理液1の中に存在する同位体を分離して回収することができる。   As described above, according to the isotope separation device 10B and the second isotope separation processing procedure, similarly to the isotope separation device 10A and the first isotope separation processing procedure, the processing cost is smaller and the processing cost is lower. The isotopes present in the liquid 1 to be treated can be separated and recovered.

同位体分離装置10Bおよび第2の同位体分離処理手順によれば、液滴2が蒸発する範囲を液滴2が蒸発する範囲が同位体分離装置10Aよりも狭い蒸発制御容器21内に限定することができるので、気相環境をより容易に制御する(安定させる)ことができ、ひいては液滴2の浮遊時間をより安定的に制御することができる。   According to the isotope separation device 10B and the second isotope separation processing procedure, the range in which the droplet 2 evaporates is limited to the evaporation control vessel 21 in which the range in which the droplet 2 evaporates is narrower than the isotope separation device 10A. Therefore, the gas phase environment can be controlled (stabilized) more easily, and as a result, the floating time of the droplet 2 can be controlled more stably.

また、同位体分離装置10Bでは、液滴2が蒸発する範囲を蒸発制御容器21内に限定することができるので、気相回収ライン35をさらに設けることによって、液滴2の未蒸発分のみならず液滴2の蒸発分5についても回収することができる。   Further, in the isotope separation apparatus 10B, the range in which the droplet 2 evaporates can be limited to the evaporation control vessel 21, so that by providing a gas phase recovery line 35, only the unevaporated portion of the droplet 2 can be obtained. It is possible to collect the evaporated portion 5 of the droplet 2 as well.

同位体分離装置10Bに環境制御手段22を設けることで、蒸発制御容器21内に浮遊する液滴2を、より高い分離効率で同位体分離するための浮遊時間の設定を(環境制御手段22が)自動で行うことができる。また、環境制御手段22が、例えば、温度、湿度および圧力などの蒸発制御容器21内の気相環境を表す物理量を制御することによって、同位体分離装置10Aよりも液滴2の蒸発量を細かく制御できるので、同位体の分離をさらに安定して行うことができる。   By providing the environment control means 22 in the isotope separation apparatus 10B, the setting of the floating time for separating the droplet 2 floating in the evaporation control vessel 21 with isotope separation with higher separation efficiency (the environment control means 22 ) Can be done automatically. Further, the environment control means 22 controls the physical quantity representing the gas phase environment in the evaporation control container 21 such as temperature, humidity and pressure, for example, so that the evaporation amount of the droplet 2 is finer than that of the isotope separation apparatus 10A. Since it can be controlled, isotope separation can be performed more stably.

同位体分離装置10Bにパージガス供給ライン23を設けることで、蒸発制御容器21内に乾燥空気、窒素ガス、希ガスなどの化学的に安定であって乾燥した気体を蒸発制御容器21内に供給することができ、蒸発制御容器21内を低湿度に保つことができる。従って、蒸発制御容器21内を液滴2の蒸発が促進される環境に保つことができ、液滴2の蒸発量を増大させることができる。故に、同位体を含む水の濃度が増大した被処理液1に対しても、効率的に同位体を回収することができる。   By providing the purge gas supply line 23 in the isotope separation apparatus 10 </ b> B, a chemically stable and dry gas such as dry air, nitrogen gas, or rare gas is supplied into the evaporation control container 21. The inside of the evaporation control container 21 can be kept at a low humidity. Therefore, the inside of the evaporation control container 21 can be maintained in an environment where the evaporation of the droplet 2 is promoted, and the evaporation amount of the droplet 2 can be increased. Therefore, it is possible to efficiently recover the isotope even for the liquid to be treated 1 in which the concentration of water containing the isotope is increased.

以上、同位体分離装置10A,10Bおよび同位体分離装置10A,10Bを用いた同位体分離方法によれば、従来よりも小型で処理コストを割安に抑えて被処理液1の中に存在する同位体を分離して回収することができる。   As described above, according to the isotope separation method using the isotope separation devices 10A and 10B and the isotope separation devices 10A and 10B, the isotope present in the liquid 1 to be processed is smaller than the conventional method and the processing cost is reduced. The body can be separated and recovered.

また、戻りライン32を設けることで、第1の同位体分離処理手順(図7)などの同位体分離処理手順を同位体分離装置内で繰り返すことができるので、より濃度の高い状態で同位体を分離することができる。   Further, by providing the return line 32, the isotope separation processing procedure such as the first isotope separation processing procedure (FIG. 7) can be repeated in the isotope separation device, so that the isotope is in a higher concentration state. Can be separated.

さらに、戻りライン32から分岐する液相回収ライン33を設けることで、同位体分離処理手順の繰り返しが不要な場合に、同位体分離処理手順を実施してもなお未蒸発であった液滴2を回収することができる。   Furthermore, by providing a liquid phase recovery line 33 that branches off from the return line 32, when the repetition of the isotope separation processing procedure is unnecessary, the droplet 2 that has not been evaporated even if the isotope separation processing procedure is performed. Can be recovered.

同位体分離装置10Bでは、液滴2が蒸発する範囲が同位体分離装置10Aよりも狭いため、気相環境をより容易に制御する(安定させる)ことができ、ひいては液滴2の浮遊時間をより安定的に制御することができる。   In the isotope separation device 10B, since the range in which the droplet 2 evaporates is narrower than that of the isotope separation device 10A, the gas phase environment can be controlled (stabilized) more easily, and the floating time of the droplet 2 can be reduced. It can be controlled more stably.

また、同位体分離装置10Bでは、液滴2が蒸発する範囲を蒸発制御容器21内に限定することができるので、気相回収ライン35をさらに設けることによって、液滴2の未蒸発分のみならず液滴2の蒸発分5についても回収することができる。   Further, in the isotope separation apparatus 10B, the range in which the droplet 2 evaporates can be limited to the evaporation control vessel 21, so that by providing a gas phase recovery line 35, only the unevaporated portion of the droplet 2 can be obtained. It is possible to collect the evaporated portion 5 of the droplet 2 as well.

同位体分離装置10Bに環境制御手段22を設けることで、蒸発制御容器21内に浮遊する液滴2を、より高い分離効率で同位体分離するための浮遊時間の設定を(環境制御手段22が)自動で行うことができる。また、環境制御手段22が、例えば、温度、湿度および圧力などの蒸発制御容器21内の気相環境を表す物理量を制御することによって、同位体分離装置10Aよりも液滴2の蒸発量を細かく制御できるので、同位体の分離をさらに安定して行うことができる。   By providing the environment control means 22 in the isotope separation apparatus 10B, the setting of the floating time for separating the droplet 2 floating in the evaporation control vessel 21 with isotope separation with higher separation efficiency (the environment control means 22 ) Can be done automatically. Further, the environment control means 22 controls the physical quantity representing the gas phase environment in the evaporation control container 21 such as temperature, humidity and pressure, for example, so that the evaporation amount of the droplet 2 is finer than that of the isotope separation apparatus 10A. Since it can be controlled, isotope separation can be performed more stably.

同位体分離装置10Bにパージガス供給ライン23を設けることで、蒸発制御容器21内に乾燥空気、窒素ガス、希ガスなどの化学的に安定であって乾燥した気体を蒸発制御容器21内に供給することができ、蒸発制御容器21内における液滴2の蒸発環境を制御することができる。   By providing the purge gas supply line 23 in the isotope separation apparatus 10 </ b> B, a chemically stable and dry gas such as dry air, nitrogen gas, or rare gas is supplied into the evaporation control container 21. The evaporation environment of the droplet 2 in the evaporation control container 21 can be controlled.

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be implemented in various forms other than the above-described examples in the implementation stage. The present invention can be variously omitted, added, replaced, and changed without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…被処理液、2…液滴、3…未蒸発分、4…パージガス、5…蒸発分、10A,10B…同位体分離装置、11…噴霧手段、12…未蒸発分捕集手段、121…平らな捕集面、122…傾斜した捕集面、123…有孔捕集面、13…位置調整手段、14…雰囲気情報検出手段、14a…温度検出部(温度検出手段)、14b…湿度検出部(湿度検出手段)、15c…圧力検出部(圧力検出手段)、15…液位検出手段、16…制御手段、17…未蒸発分回収手段、18…スクレーパ(擦過手段)、21…蒸発制御容器、22…環境制御手段、23…パージガス供給ライン、231…二方弁、31…移送ライン、311…二方弁、32…戻りライン、321…ポンプ、322…濃度監視部(濃度計測手段、流路開閉制御手段)、323…三方弁、324,325…二方弁、33…液相回収ライン、331…二方弁、35…気相回収ライン、351…凝縮器(凝縮手段)、352…吸引ポンプ、P1…移送ラインと戻りラインとの合流点、P2…戻りラインから回収ラインへの分岐点。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid to be processed, 2 ... Droplet, 3 ... Unevaporated component, 4 ... Purge gas, 5 ... Evaporated component, 10A, 10B ... Isotope separation device, 11 ... Spraying means, 12 ... Unevaporated component collecting means, 121 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Flat collection surface, 122 ... Inclined collection surface, 123 ... Perforated collection surface, 13 ... Position adjustment means, 14 ... Atmosphere information detection means, 14a ... Temperature detection part (temperature detection means), 14b ... Humidity Detection unit (humidity detection unit), 15c ... Pressure detection unit (pressure detection unit), 15 ... Liquid level detection unit, 16 ... Control unit, 17 ... Unevaporated component recovery unit, 18 ... Scraper (scraping unit), 21 ... Evaporation Control container, 22 ... Environmental control means, 23 ... Purge gas supply line, 231 ... Two-way valve, 31 ... Transfer line, 311 ... Two-way valve, 32 ... Return line, 321 ... Pump, 322 ... Concentration monitoring unit (concentration measuring means) , Flow path opening / closing control means), 323... , 324, 325 ... two-way valve, 33 ... liquid phase recovery line, 331 ... two-way valve, 35 ... gas phase recovery line, 351 ... condenser (condensing means), 352 ... suction pump, P1 ... transfer line and return line P2 ... A branch point from the return line to the recovery line.

Claims (15)

液体中に存在する同位体を含む液体を、微小な液滴として噴射する噴霧手段と、
前記噴霧手段から噴射された前記液滴の未蒸発分を捕集する未蒸発分捕集手段とを具備することを特徴とする同位体分離装置。
Spraying means for ejecting a liquid containing an isotope present in the liquid as fine droplets;
An isotope separation device comprising: an unevaporated component collecting unit that collects an unevaporated component of the droplets ejected from the spraying unit.
前記液滴が蒸発する雰囲気の温度を検出する温度検出部、前記雰囲気の湿度を検出する湿度検出部、前記雰囲気の圧力を検出する圧力検出部および前記液滴の未蒸発分を捕集する前記未蒸発分捕集手段の受け部に捕集された前記液滴の液位を検出する液位検出部のうち、少なくとも何れかの検出部を検出手段として具備する請求項1記載の同位体分離装置。 A temperature detection unit that detects the temperature of the atmosphere in which the droplets evaporate, a humidity detection unit that detects the humidity of the atmosphere, a pressure detection unit that detects the pressure of the atmosphere, and the unevaporated portion of the droplets are collected The isotope separation according to claim 1, comprising at least one of detection units as a detection unit among liquid level detection units for detecting the liquid level of the droplets collected in the receiving unit of the non-evaporated component collection unit. apparatus. 前記噴霧手段および前記未蒸発分捕集手段の少なくとも一方の位置を調整する位置調整手段と、
前記温度検出部、前記湿度検出部、前記圧力検出部および前記液位検出部のうち、少なくとも何れかの検出部が検出した物理量の少なくとも1個を用いて前記位置調整手段を制御して前記噴霧手段と前記未蒸発分捕集手段との間の距離を制御する制御手段とを具備する請求項2記載の同位体分離装置。
Position adjusting means for adjusting the position of at least one of the spraying means and the non-evaporated component collecting means;
At least one of the physical quantities detected by at least one of the temperature detection unit, the humidity detection unit, the pressure detection unit, and the liquid level detection unit is used to control the position adjusting unit to control the spraying. The isotope separation apparatus according to claim 2, further comprising a control unit that controls a distance between the unit and the unevaporated component collecting unit.
前記噴霧手段および前記未蒸発分捕集手段の少なくとも一方の位置を調整する位置調整手段を具備する請求項1または2に記載の同位体分離装置。 The isotope separation apparatus according to claim 1, further comprising a position adjusting unit that adjusts a position of at least one of the spraying unit and the non-evaporated component collecting unit. 前記液滴の未蒸発分を捕集する捕集面に貫通孔が設けられる請求項1から4の何れか一項に記載の同位体分離装置。 The isotope separation device according to any one of claims 1 to 4, wherein a through hole is provided in a collection surface for collecting the unevaporated component of the droplet. 前記貫通孔を通る前記液滴の未蒸発分を受け取り回収する未蒸発分回収手段を具備する請求項5記載の同位体分離装置。 The isotope separation apparatus according to claim 5, further comprising an unevaporated component recovery unit that receives and recovers the unevaporated component of the droplet passing through the through hole. 前記未蒸発分捕集手段の捕集面を擦過する擦過手段を具備する請求項5または6に記載の同位体分離装置。 The isotope separation apparatus according to claim 5 or 6, further comprising a rubbing means for rubbing the collecting surface of the non-evaporated component collecting means. 前記同位体を含む液体を前記噴霧手段へ移送する移送ライン上であって、前記噴霧手段よりも上流側に位置する箇所に、前記液滴の未蒸発分を移送する戻りラインを設けた請求項1から7の何れか一項に記載の同位体分離装置。 A return line is provided on a transfer line for transferring the liquid containing the isotope to the spraying means and located upstream of the spraying means for transferring the unevaporated liquid droplets. The isotope separation device according to any one of 1 to 7. 前記戻りラインから分岐し、前記液滴の未蒸発分を回収する回収ラインを設け、
前記戻りラインを流れる前記液滴の未蒸発分の移送先を、前記同位体を含む液体を前記噴霧手段へ移送する移送ラインとする第1の流路開閉状態と、前記回収ラインを構成する流路を開放する一方、前記戻りラインを流れる前記液滴の未蒸発分の移送先を、前記回収ラインとする第2の流路開閉状態とを切り替える流路開閉手段を前記戻りラインおよび前記回収ラインに設けた請求項8記載の同位体分離装置。
Branching from the return line and providing a recovery line for recovering the unevaporated content of the droplets;
A first flow path opening / closing state in which the transfer destination of the unevaporated liquid droplets flowing through the return line is a transfer line for transferring the liquid containing the isotope to the spraying means, and the flow constituting the recovery line The return line and the recovery line are channel opening / closing means for switching between a second channel opening / closing state that opens the path and uses a transfer destination of the unevaporated portion of the droplets flowing through the return line as the recovery line. The isotope separation device according to claim 8 provided in the above.
前記戻りラインを流れる前記液滴の未蒸発分に含まれる同位体の濃度を計測する濃度計測手段を前記戻りラインに設け、さらに
前記濃度計測手段の計測結果に応じて、前記流路開閉手段の状態を、前記第1の開閉状態または前記第2の開閉状態に切り替える流路開閉制御手段を設けた請求項9記載の同位体分離装置。
Concentration measuring means for measuring the concentration of isotopes contained in the unevaporated portion of the droplet flowing through the return line is provided in the return line, and further, according to the measurement result of the concentration measuring means, The isotope separation device according to claim 9, further comprising: a channel opening / closing control unit that switches a state to the first opening / closing state or the second opening / closing state.
前記噴霧手段および前記未蒸発分捕集手段を収容し、前記液滴の蒸発範囲を容器内に制限する蒸発制御容器をさらに具備する請求項1から10の何れか一項に記載の同位体分離装置。 The isotope separation according to any one of claims 1 to 10, further comprising an evaporation control container that accommodates the spraying means and the non-evaporated component collecting means and restricts the evaporation range of the droplets within the container. apparatus. 前記蒸発制御容器から前記液滴の蒸発分を回収する気相回収ラインを設けた請求項11に記載の同位体分離装置。 The isotope separation device according to claim 11, further comprising a vapor phase recovery line for recovering the evaporated portion of the droplet from the evaporation control container. 前記蒸発制御容器の内部にパージガスを供給するパージガス供給ラインを設けた請求項11または12に記載の同位体分離装置。 The isotope separation apparatus according to claim 11 or 12, further comprising a purge gas supply line for supplying a purge gas to the inside of the evaporation control container. 前記蒸発制御容器の内部の雰囲気の状態を表す物理量のうち、温度、湿度および圧力から選択される少なくとも一つの物理量を制御する環境制御手段をさらに具備する請求項11から13の何れか一項に記載の同位体分離装置。 The environment control means which controls at least one physical quantity selected from temperature, humidity, and pressure among physical quantities showing the state of the atmosphere inside the evaporation control container is further provided. The isotope separation apparatus described. 液体中に存在する同位体を含む液体を微小な液滴とするステップと、
前記微小な液滴を、所定空間内に放出し、所定時間を超えて浮遊し蒸発する液滴と、前記所定時間以下で浮遊し蒸発しない液滴とに分離するステップとを備えることを特徴とする同位体分離方法。
Making the liquid containing the isotope present in the liquid a fine droplet;
A step of discharging the minute droplets into a predetermined space and separating the droplets into a droplet that floats and evaporates over a predetermined time and a droplet that floats and does not evaporate in the predetermined time or less. Isotope separation method.
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