JP3757197B2 - 遠心抽出器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ中心部に中性子吸収体を設置するための空洞を有する構造の遠心抽出器に関するものである。この遠心抽出器は、例えば使用済核燃料の再処理工程においてＵ，Ｐｕを抽出・分離するのに使用される。
【０００２】
【従来の技術】
原子力施設から生じる使用済核燃料の再処理方法の１つにピューレックス法がある。この方法は、周知のように、使用済核燃料を硝酸に溶解し、硝酸酸性水溶液中に溶存しているＵ（ウラン）やＰｕ（プルトニウム）を溶媒抽出操作で分離し回収する方法である。
【０００３】
溶媒抽出操作を行う装置には幾つかの種類があるが、その１つに２相（水相と有機相）の分離を遠心力で行う遠心抽出器がある。この遠心抽出器は、ハウジング内でロータが吊り下げられた状態で回転自在に支持されており、水相と有機相とがロータ外周に供給されてハウジングとロータとの間で混合され、混合相がロータ内部に吸引されてロータ内部の遠心力場で２相に分離され、分離された各相が対応するコレクタへ排出される構造となっている。
【０００４】
このような遠心抽出器は、他の抽出器（例えばミキサ・セトラ抽出装置やパルスカラム抽出装置など）に比べて、処理速度が速いこと、装置の立ち上げ時間が早いために稼働率が向上し設備を簡略化できること、装置を小型に設計できること、溶媒の放射線劣化を低減できること等の利点がある。そのため、高燃焼度・高Ｐｕ富化度の高速増殖炉燃料の再処理には有利であるとされ研究開発が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
研究開発の段階からプラント採用の段階への移行を考慮すると、処理能力を上げるために遠心抽出器を大型化・大容量化する必要がある。しかし、従来の技術で大型の遠心抽出器を設計しようとすると、臨界管理が形状管理のみでは実施でき難くなり、臨界安全の面から何らかの対策が必要となる。そこで、例えば臨界管理を濃度管理などで行うことも考えられるが、煩瑣な運転管理を必要とするこの方法は安全上問題が多い。
【０００６】
また、遠心抽出器を大型化すると、ロータの重量や外径も増し、ロータ上部における支持部の負担が大きくなり、駆動部の耐久性が低下する問題も生じる。
【０００７】
本発明の目的は、大型化・大容量化する場合に臨界安全性の向上を図ることができる構造の遠心抽出器を提供することである。本発明の他の目的は、大型化・大容量化する場合に臨界安全性の向上並びに耐久性能の向上を図ることができる構造の遠心抽出器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジング内で円筒状のロータが回転自在に支持されており、水相と有機相とがロータ外周に供給されてハウジングとロータとの間で混合され、混合相がロータ内部に吸引されてロータ内部の遠心力場で２相に分離され、分離された各相が対応するコレクタへ排出される構造の遠心抽出器において、前記ロータは、下端に液入口部が開口し、該液入口部の上方には上面を塞ぎ側面が開口して液の流れ方向を側方に導く変向部材が設置され、内部には軸方向に延びるように平板状のベインが取り付けられており、それによってロータ中心に空洞部を形成し、ハウジングの底部からロータ中心の空洞部に向けて前記液入口部を貫通して円筒体を立設し、該円筒体内に中性子吸収材を内封したことを特徴とする遠心抽出器である。
【０００９】
また本発明は、ハウジング内で円筒状のロータが回転自在に支持されており、水相と有機相とがロータ外周に供給されてハウジングとロータとの間で混合され、混合相がロータ内部に吸引されてロータ内部の遠心力場で２相に分離され、分離された各相が対応するコレクタへ排出される構造の遠心抽出器において、前記ロータは、下端に液入口部が開口し、該液入口部の上方には上面を塞ぎ側面が開口して液の流れ方向を側方に導く変向部材が設置され、内部には軸方向に延びるように平板状のベインが取り付けられており、それによってロータ中心に空洞部を形成し、ハウジングの底部からロータ中心の空洞部に向けて前記液入口部を貫通してロータの下部回転支持機構を設置し、該下部回転支持機構に中性子吸収材を内封したことを特徴とする遠心抽出器である。
【００１０】
【発明の背景】
図１は本発明の前提となる中心に空洞部を有する遠心抽出器の説明図である。ハウジング１０内でロータ１２が回転軸１４によって吊り下げられた状態で上方の軸受１６により回転自在に支持されており、該ロータ１２は最上部に設置されているモータ１８により回転駆動される構成である。ハウジング１０の側面には水相液入口２０と有機相液入口２２とが形成され、更に水相排出流路２４と有機相排出流路２６とが形成されている。ロータ１２は円筒状をなし、下端に所定寸法の液入口部３０が開口し、内部には４枚の平板状のベイン３２が９０度対称位置に軸方向に延びるように取り付けられ、更に前記液入口部３０の上方には液の流れ方向を変える（真っ直ぐ上方に液が上がるのを防止する）変向部材３４が取り付けられている。
【００１１】
水相液入口２０から水相が、有機相液入口２２から有機相が供給される。供給された２相は、ロータ１２とハウジング１０の隙間（混合部３６）で、ロータ１２の回転により混合される。この混合により、対象としているイオンの抽出がなされる。混合、抽出された混合液は、ロータ液入口部３０からロータ１２内に入る。このとき、ベイン３２の方へ混合液を導くために（上部に直接液が行かないように）、上面を塞ぎ側面が開口している構造の変向部材３４を設置し、側方から混合液をロータ１２内へ供給する構造としている。ロータ１２内に入った混合液は、ロータ１２の遠心力により２相に分離される。
【００１２】
ロータ内の液は、ベイン３２に沿って上昇し、有機相は有機相せき４０、有機相排出口４２を通って有機相コレクタ４４に排出される。他方、水相は水相アンダーフロー部４６、水相せき、水相排出口４８を通って水相コレクタ５０へ排出される。両コレクタ５０，４４で受けた液は、それぞれ水相排出流路２４及び有機相排出流路２６を通って次段に流れる。通常、この種の遠心抽出器は多段構成とするため、水相排出流路２４と次段の水相液入口２０、及び有機相排出流路２６と次段の有機相排出流路２２を連結させる。
【００１３】
このような遠心抽出器の構成及び動作は、基本的には従来技術と同様であってよい。本発明に係る遠心抽出器では、ロータ１２内の中心に大きな空洞部５２を有しており、この点に一つの特徴がある。これは、ロータ１２に吸い込まれた混合液が遠心力により外側から成長することを利用し、ロータ液入口部半径、水相せき半径、有機相せき半径、水相アンダーフロー部半径を広げることで実現できる。それに伴い各ベインの幅（ロータ半径方向長さ）を短くすることにより中心に大きな空洞部５２が形成できる。
【００１４】
【実施例】
図２は、本発明に係る遠心抽出器の一実施例を示す説明図である。遠心抽出器としての基本的な構成は、図１に示すものと同様であるので、説明を簡略化するため対応する部材には同一符号を付す。この実施例では、ロータ内部に形成された空洞部に収容されるように、ハウジング１０の底部から中性子吸収体６０を立設する。中性子吸収材としては、炭化ホウ素などが使用できる。しかし、使用部位は、硝酸や溶媒などの腐食溶液に曝されるので、中性子吸収体６０は、例えばステンレス鋼製の有底有蓋円筒体の内部に炭化ホウ素を封入した構造とする。
【００１５】
円筒体の大きさについては、設計する遠心抽出器の大きさに合わせて決める必要がある。その設計手法は、次の通りである。
（１）ロータ液入口開口面積の決定
これまでに設計手法を確立している従来ロータ（ロータ直径約８cm、処理能力約１０kg/h、回転数３５００rpm ）で最適と計算されるロータ液入口面積に対して１．７倍程度に拡大した液入口面積では、従来ロータと性能はほぼ同様であった。液入口面積を約２倍まで拡大すると性能が低下することが確認されている。そこで、液入口面積をほぼ１．７倍に設定するか、更に広げたい場合には２倍以下で最適な開口面積とする。
（２）円筒体の大きさの決定
ロータ液入口部の開口面積に対してほぼ３０％以下の占有率であれば円筒体を設置しない場合と比べても性能は変わらない。しかし、５０％程度まで占有すると性能が悪くなることが確認されている。そのため、占有率をほぼ３０％に設定するか、必要があれば５０％程度以下で最もよい占有率のところで設計する。
【００１６】
このようにロータ中心に大きな空洞部を形成して中性子吸収材を内封することで、形状管理と中性子吸収材管理を併用することができ、それによって遠心抽出器の大型化に伴う臨界管理が容易となり、安全性も向上する。また中性子吸収体６０はハウジング１０に取り付けられているため、ロータ１２の重量増加を最少限度に抑えることができ、軸受の負担増加を防止できる利点がある。
【００１７】
図３は本発明に係る遠心抽出器の他の実施例を示す説明図である。遠心抽出器としての基本的な構成は、図１に示すものと同様であるので、説明を簡略化するため対応する部材には同一符号を付す。この実施例では、ロータ１２内に中性子吸収体６２を取り付けている。ステンレス鋼製の円筒体の内部に炭化ホウ素を封入した構造の中性子吸収体６２を回転軸から吊り下げる。この構成でも、形状管理と中性子吸収材管理を併用することができる。
【００１８】
なお、形状管理と中性子吸収材管理を併用するには、ハウジングの回りに中性子吸収材を設置する構成も考えられる。しかし、中性子吸収効果を高めるには、ハウジングを構成しているステンレス鋼の無駄な部分を削り取り、そこに中性子吸収材を設置しなければならない。そのため構造が複雑になったり、ハウジングの設計の自由度が低下したり、小型化の妨げとなる恐れがある。そのため、中性子吸収材をロータ内に設置する本発明の構成の方が好ましい。勿論、中性子吸収効果を更に高める必要がある場合には、中性子吸収材をロータ内に設置する本発明の構成と、ハウジングまわりに中性子吸収材を設置する構成を組み合わせることも可能である。
【００１９】
図４及び図５は、本発明に係る遠心抽出器の更に他の実施例を示す説明図である。これらは、いずれもロータの両持ち支持構造を表しており、同時に中性子吸収材を内封している。これによって臨界安全性並びに耐久性能の向上を図ることができる。
【００２０】
図４に示す例では、ハウジング１０の底部中央に円筒体６４を立設し、その上端部に滑り軸受６６を設置してロータ１２の回転軸１４の下端を支持する。つまりロータ１２の回転軸１４は、下端の滑り軸受６６と上部の軸受１６で両持ち支持される構造である。これによってロータが大型化しても上部の軸受の負担が軽減し安定に保持でき、駆動部の耐久性が向上する。なお、滑り軸受６６は、液が到達しない部分（上方部分）に設ける。また円筒体６４の内部には中性子吸収材を封入する。
【００２１】
図５に示す例では、ハウジングの底部中央に円筒体７０を立設し、その上端凹部に圧縮ばね７２を介して下端凸部が嵌合するように軸受支持部７４を設ける。そして軸受支持部７４にスラスト軸受７６を設けてロータ１２の回転軸１４の下端を支持する。従ってロータ１２の回転軸１４は、下端のスラスト軸受７６と上部の軸受１６で両持ち支持される構造となる。なお、圧縮ばね７２はスラスト軸受７６に常時上向きの弾撥力を作用する。これによってロータが大型化しても上部の軸受の負担が軽減し安定に保持でき、駆動部の耐久性が向上する。なお、円筒体７０の内部には中性子吸収材を封入する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように、ロータ中心に形成した空洞部に中性子吸収材を内封した遠心抽出器であるから、臨界評価時の実効増倍率を下げることができる。従って、大型の遠心抽出器を設計する場合に、臨界管理を、濃度管理などの運転管理が必要な方法によらずに実施でき、安全性が向上する。
【００２３】
また本発明は上記のように、ロータ中心の空洞部を利用して液が達しない部分に支持を追加した遠心抽出器であるから、上部の支持のみであった従来型に比べてロータの不要な振動が低減し、駆動部耐久性が向上し、長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる中心に空洞部を有する遠心抽出器の説明図。
【図２】本発明に係る遠心抽出器の一実施例を示す説明図。
【図３】本発明に係る遠心抽出器の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明に係る遠心抽出器の更に他の実施例を示す説明図。
【図５】本発明に係る遠心抽出器の他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１２ ロータ
３２ ベイン
３４ 変向部材
４４ 有機相コレクタ
５０ 水相コレクタ
６０，６２ 中性子吸収体
６６ 滑り軸受

Claims (2)

  1. ハウジング内で円筒状のロータが回転自在に支持されており、水相と有機相とがロータ外周に供給されてハウジングとロータとの間で混合され、混合相がロータ内部に吸引されてロータ内部の遠心力場で２相に分離され、分離された各相が対応するコレクタへ排出される構造の遠心抽出器において、
    前記ロータは、下端に液入口部が開口し、該液入口部の上方には上面を塞ぎ側面が開口して液の流れ方向を側方に導く変向部材が設置され、内部には軸方向に延びるように平板状のベインが取り付けられており、それによってロータ中心に空洞部を形成し、ハウジングの底部からロータ中心の空洞部に向けて前記液入口部を貫通して円筒体を立設し、該円筒体内に中性子吸収材を内封したことを特徴とする遠心抽出器。
  2. ハウジング内で円筒状のロータが回転自在に支持されており、水相と有機相とがロータ外周に供給されてハウジングとロータとの間で混合され、混合相がロータ内部に吸引されてロータ内部の遠心力場で２相に分離され、分離された各相が対応するコレクタへ排出される構造の遠心抽出器において、
    前記ロータは、下端に液入口部が開口し、該液入口部の上方には上面を塞ぎ側面が開口して液の流れ方向を側方に導く変向部材が設置され、内部には軸方向に延びるように平板状のベインが取り付けられており、それによってロータ中心に空洞部を形成し、ハウジングの底部からロータ中心の空洞部に向けて前記液入口部を貫通してロータの下部回転支持機構を設置し、該下部回転支持機構に中性子吸収材を内封したことを特徴とする遠心抽出器。
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