JP4030733B2

JP4030733B2 - エアリフトポンプを利用した溶液定量移送装置

Info

Publication number: JP4030733B2
Application number: JP2001200479A
Authority: JP
Inventors: 寛高澤; 晃寛川辺; 勉栗田
Original assignee: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2021-07-02
Also published as: JP2003013900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空系と圧縮空気供給系とを併用したエアリフトポンプを利用した溶液移送装置に関し、さらに詳しくは、かようなエアリフトポンプを利用して溶液の定量的な移送を行えるようにした溶液定量移送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、核燃料再処理施設等において、硝酸ウラニル溶液や硝酸プルトニウム溶液等の核燃料物質を含む溶液の移送には、機械的な駆動部がないため保守の必要性がきわめて少ないという理由等から、真空系と圧縮空気供給系を併用したエアリフトポンプが広く利用されている。
【０００３】
この種のエアリフトポンプを利用した溶液移送装置は、例えば図３に示したように、送り側溶液槽１とこの送り側溶液槽上方に配置したエアリフトセパレータ２とが送り側送液配管３により接続されており、エアリフトセパレータ２下方に配置した受け側溶液槽４とエアリフトセパレータ２とが受け側送液配管５により接続されている。さらに、送り側溶液槽１の溶液中に浸漬された送り側送液配管３には、コンプレッサ６からの圧縮空気が圧縮空気注入部７から供給されるとともに、エアリフトセパレータ２には真空ポンプ８が接続されている。図中、参照番号６ａは圧縮空気の流量計を、８ａは真空計をそれぞれ示している。
【０００４】
かような装置を用いて送り側溶液槽１から受け側溶液槽４へ溶液を移送するに際しては、真空ポンプ８を使用してエアリフトセパレータ２および送液配管３、５の内部圧力を大気圧より負圧に保ちながら、送り側溶液槽１内に浸漬した送液配管３にコンプレッサ６から圧縮空気を圧縮空気注入部７を介して供給する。送り側送液配管３内においては、負圧により一定の高さまで上昇した溶液は、圧縮空気が供給されることにより気液混合流となり、見掛けの密度が小さくなって送り側送液配管３内をさらに上昇し、エアリフトセパレータ２に流入する。流入した気液混合流は、エアリフトセパレータ２内で気液分離され、溶液は重力により落下して受け側送液配管５を通り受け側溶液槽４へ移送される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示したようなエアリフトポンプを利用した従来の溶液移送装置においては、エアリフトセパレータ２への気液混合流の流入は定常的でなく脈動的になることが知られている。また、溶液移送中には、送液配管３、５内を大気圧より負圧に保持しているため、送液配管内の溶液滞留量が常に存在する。したがって、主としてこれら２つの理由により、溶液の移送量に関して定量性が比較的悪いという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、エアリフトポンプを利用して溶液移送を行うに際しても、定量的な溶液移送を実施することができる新規かつ改良された溶液移送装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明のエアリフトポンプを利用した溶液定量移送装置は、送り側溶液槽とこの送り側溶液槽上方に配置したエアリフトセパレータとを接続する送り側送液配管と、前記エアリフトセパレータ下方に配置した受け側溶液槽と前記エアリフトセパレータとを接続する受け側送液配管と、前記送り側溶液槽の溶液中に浸漬された前記送り側送液配管に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記エアセリフトパレータに接続された真空ポンプとからなるエアリフトポンプを利用した従来の溶液移送装置において、前記エアリフトセパレータ下方の前記受け側送液配管の途中に溶液定量槽を配設し、この溶液定量槽に溶液の一定量が溜まった時点でオーバーフローするオーバーフロー配管を溶液定量槽の所定高さに設置し、前記オーバーフロー配管および前記溶液定量槽下部に開閉バルブを設け、前記オーバーフロー配管の下流を前記送り側溶液槽に接続し、前記溶液定量槽内の液面の波立ちが無くなったことを確認する手段を前記溶液定量槽に設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記したごとき構成の本発明の装置によれば、先ず本来のエアリフトポンプ機能により送り側溶液槽から受け側溶液槽へ、移送目標値を超えない量の溶液を移送した後、不足溶液量を補充するために、溶液定量槽に溜めた一定量の溶液を必要回数だけ受け側溶液槽へ定量供給することにより、定量的な受け側溶液槽への溶液移送を行うことができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様においては、前記溶液定量槽の高さ方向に所定溶液量ごとに設置高さを異にした複数のオーバーフロー配管を設置し、各オーバーフロー配管に開閉バルブを設けるとともに、各オーバーフロー配管の下流を送り側溶液槽に接続する。
【００１０】
オーバーフロー配管を複数設置する構成によれば、各オーバーフロー配管に設けた開閉バルブの開閉を選択してオーバーフローする高さを変えることにより、溶液定量槽に溜まる一定量の溶液量を選択することができる。その結果、不足溶液量を補充するために、溶液定量槽に溜めた一定量の溶液を必要回数だけ受け側溶液槽へ定量供給するに際して、定量供給する一定量の溶液量を適宜選択できることになり、溶液定量槽から受け側溶液槽へ定量供給する回数を最小にすることが可能となる。
【００１１】
さらに本発明の好ましい実施態様においては、前記各オーバーフロー配管の下流を１本の戻し配管に接続し、この戻し配管を前記送り側溶液槽に接続する。かような構成によれば、複数のオーバーフロー配管の下流をそれぞれ送り側溶液槽に接続する場合に比べて、多数の配管を引き回すことによる煩雑さを避けることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面に示す実施例を参照して本発明を詳述する。図１はエアリフトポンプを利用した本発明による溶液定量移送装置の好ましい実施例を示すものであり、図３の従来の装置における部材と同じ部材には、同じ参照番号を付すことにより説明を省略する。
【００１３】
図１に示した本発明の装置が図３の従来装置と相違する構成は、本発明においては、エアリフトセパレータ２下方の受け側送液配管５の途中に、溶液定量槽１０を配設した点である。
【００１４】
図２は、図１における点線内の溶液定量槽近傍を拡大して詳細に示したものであり、この図２からわかるように、溶液定量槽１０は、その内部の溶液定量部１１、上部の溶液流入配管１２、下部の溶液排出配管１３、側部のオーバーフロー配管１４から構成されている。
【００１５】
図示の実施例においては、溶液定量槽１０の高さ方向に所定溶液量ごとに設置高さを変えた４本のオーバーフロー配管１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが設置されており、各オーバーフロー配管にはそれぞれ開閉バルブ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが設けられている。さらに溶液定量槽１０下部の溶液排出配管１３にも開閉バルブ１６が設けられている。
【００１６】
各オーバーフロー配管１４ａ〜１４ｄは、その下流をそれぞれ送り側溶液槽１へ接続してもよいが、図１の実施例では、各オーバーフロー配管の下流を１本の戻し配管１７に接続し、この戻し配管１７を送り側溶液槽１へ接続している。
【００１７】
図１および図２に示した本発明の実施例における溶液定量移送装置の動作を以下に説明する。先ず、送り側溶液槽１（容積２００Ｌ）には、受け側溶液槽４へ移送されるべき溶液（１５０Ｌ）を入れ、受け側溶液槽４（容積２００Ｌ）にも受け側送液配管５の先端部が溶液中に浸漬されて封鎖される程度の溶液（３０Ｌ）を入れる。受け側溶液槽４に溶液が存在せずに受け側送液配管５の先端部が封鎖されていないと、真空ポンプ８の運転を開始した際に、受け側送液配管５先端部から空気が流入してしまい、エアリフトセパレータ２および送液配管３、５内部を負圧に保つことが不可能となる。この理由により、受け側溶液槽４内にも受け側送液配管５先端部が浸漬できる程度の若干の溶液を予め入れておく必要がある。
【００１８】
次に、真空ポンプ８の運転を開始して、エアリフトセパレータ２および送液配管３、５内部の圧力を大気圧と比較して負圧にする。このときの真空度は−０．０３０ＭＰａ〜−０．０４５ＭＰａ程度が適当であり、真空度の調整は真空度調整用バルブ８ｂの開度を調整することにより行うことができる。また同時に、コンプレッサ６の運転を開始して、圧縮空気注入部７から送り側送液配管３内部に圧縮空気を注入する。圧縮空気の流入量は８ＮＬ／分〜２０ＮＬ／分程度が適当であり、流入量の調整は流量計６ａにより行うことができる。
【００１９】
送り側送液配管３内部の圧力が大気圧より負圧に保持されることにより、真空度に見合った高さの量の溶液が送り側送液配管３内部を上昇する。さらに、圧縮空気が送り込まれることにより送り側送液配管３内部の溶液と空気が混合され気液混合流が生成する。生成した気液混合流は、その見掛けの平均密度がもとの溶液よりも小さくなるために、送り側送液配管３内をさらに上昇してエアリフトセパレータ２に流入し、気液分離される。
【００２０】
気体から分離された溶液は、自重により配管内を下降して溶液定量槽１０を通過し、受け側送液配管５を通って受け側溶液槽４に流入する。この際、溶液定量槽１０下部の開閉バルブ１６は開放されており、溶液は溶液定量槽１０に溜まることなく通過する。また、送り側溶液槽１への逆流を防止するために、オーバーフロー配管１４ａ〜１４ｄの各開閉バルブ１５ａ〜１５ｄは全て閉じておく。受け側溶液槽４への送液を停止する場合には、真空ポンプ８を停止し、エアリフトセパレータ２および送液配管３、５内部の真空を大気開放するとともに、圧縮空気の流入量をゼロにすることにより行われる。
【００２１】
上記の手順によって、移送目標値（本実施例の場合８５．１Ｌ）を超えない量の溶液をエアリフトポンプにより送り側溶液槽１から受け側溶液槽４へ移送する。
【００２２】
エアリフトポンプによる溶液の送液後に、移送目標値と上記した実際の移送量との差（不足溶液量）を補充するために、本発明の装置においては、以下の手順によって溶液定量槽１０を使用した溶液の定量供給による微調整を実施する。すなわち、溶液定量槽１０下部の開閉バルブ１６を閉じ、４つのオーバーフロー配管１４ａ〜１４ｄに取付けた開閉バルブ１５ａ〜１５ｄのいずれか１つ（例えば１５ａ）のみを開放し、上記と同じ手順でエアリフトポンプにより溶液を溶液定量槽１０へ移送する。エアリフトセパレータ２を経て溶液定量槽１０へ流れ込んだ溶液は、開閉バルブ１６が閉じられているため、受け側溶液槽４には流れ込まず、溶液定量槽１０に溜まり、開放してある開閉バルブ１５ａを有するオーバーフロー配管１４ａの高さまで溜まった後はオーバーフロー配管１４ａからオーバーフローして戻し配管１７により送り側溶液槽１へ戻される。オーバーフロー配管１４ａからのオーバーフローを確認した後に、真空ポンプ８およびコンプレッサ６の運転を停止し、溶液定量槽１０への溶液の移送を停止する。次に、オーバーフロー配管１４ａからの溶液のオーバーフローが停止した後に、溶液定量槽１０下部の開閉バルブ１６を開放し、溶液定量槽１０に溜まった一定量の溶液を定量的に受け側溶液槽４へ追加供給することができる。
【００２３】
図示した本実施例においては、溶液定量槽１０の高さ方向に所定溶液量ごとに設置高さを異にしたオーバーフロー配管を４本設置してあり、オーバーフロー配管１４ａは１Ｌの溶液量、オーバーフロー配管１４ｂは２Ｌの溶液量、オーバーフロー配管１４ｃは４Ｌの溶液量、オーバーフロー配管１４ｄは８Ｌの溶液量をそれぞれ定量供給できる高さに設置されている。これら定量供給の誤差は、いずれの溶液量に対しても１バッチ当たり±０．００５Ｌ以内となっている。
【００２４】
溶液定量槽１０による定量供給量は、目標値とエアリフトポンプによる初期移送量との差（不足溶液量）から決定され、目標値との差を最小にするように、かつ、溶液定量槽１０からの定量供給回数を最小にするように決定される。本実施例では、目標値を８５．１Ｌとし、前記したエアリフトポンプによる初期移送量が７７．９Ｌであったため、その差は７．２Ｌとなり、１Ｌ、２Ｌおよび４Ｌの溶液量を１回ずつ、すなわち３回の供給回数で合計７Ｌを定量供給すればよい。
【００２５】
本実施例では、溶液定量槽１０による定量供給間隔が１Ｌであるため、かような溶液定量槽を使用して追加供給する場合には、最大で０．５Ｌの差が生じることになる。また、溶液定量槽１０の供給誤差は０．００５Ｌ／バッチであるため、ｎ回の定量供給を行った場合の二乗平均誤差は（ｎ×（０．００５）²）^1/2となる。従って、定量供給に関する誤差の最大値は０．５＋（ｎ×（０．００５）²）^1/2（リットル）となる。本実施例の場合、目標値が８５．１Ｌ、ｎ＝３回であるので、送液誤差の最大値は
〔０．５＋｛３×（０．００５）²｝^1/2〕／８５．１×１００＝０．６０％
となる。
【００２６】
なお、図示した実施例では溶液定量槽１０にオーバーフロー配管１４を４本設置しているが、１本のみ設置することも可能である。例えば図２のオーバーフロー配管１４ａのみを設置して、１Ｌの溶液量を定量供給できるようにした場合には、１Ｌずつ７回の定量供給を行うことにより、合計７Ｌの不足溶液量を補充することが可能となる。しかしながらこの場合、定量供給回数が前記した実施例における３回より多くなるため、二乗平均誤差が若干高くなることも考えられる。
かような観点から、図示した実施例のように、複数のオーバーフロー配管を設置して、溶液定量槽から受け側溶液槽へ定量供給する溶液量を適宜選択できるようにして、定量供給回数をできるだけ少数にすることが望ましい。
【００２７】
また、溶液定量槽１０を用いて一定量の溶液を受け側溶液槽４へ追加供給する際には、溶液を溶液定量槽１０に溜めた直後や、オーバーフロー配管１４ａ〜１４ｄの１つから溶液をオーバーフローさせた直後には、溶液定量槽内の液面に波立ちが起こっているために溶液量の変動が生じ、溶液定量槽内に溜まった溶液量が安定しない。そのため、溶液定量槽内の液面に波立ちが無くなり、槽内に溜まった溶液量に変動が無くなった後に、受け側溶液槽４への定量供給を行う必要がある。
【００２８】
溶液定量槽１０内の液面に波立ちが無くなったか否かを確認するための手段として、図示の実施例では、溶液定量槽１０に設置した超音波式液面計を使用している。すなわち、液面計のセンサーヘッド１８を溶液定量槽１０の上蓋部分に取り付け、このセンサーヘッド１８から発生される超音波により、センサーヘッド１８から溶液定量槽１０内の液面までの距離を非接触で測定することができる。この距離に変動が無くなった時点で槽内に溜まった溶液量に変動がなくなったものと判断し、開閉バルブ１６を開放して槽内に溜まった一定量の溶液を受け側溶液槽４へ追加供給することにより、溶液の定量供給を確実に行うことができる。センサーヘッド１８で測定された液面の変位信号は、ケーブル１９により作業員か確認できる位置に置かれたアンプユニット（図示せず）へ送られ、変位の有無を作業員が確認して開閉バルブ１６の操作を行えるようにされている。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、真空系と圧縮空気供給系とを併用したエアリフトポンプを利用した溶液移送装置の溶液移送ラインに、開閉バルブ付のオーバーフロー配管を備えた溶液定量槽を配設し、溶液定量槽に溜まる一定量の溶液を受け側溶液槽へ定量供給することにより、定量的な溶液移送を行うことが可能となる。
【００３０】
また、溶液定量槽に所定溶液量ごとに設置高さを異にした複数のオーバーフロー配管を設置し、各オーバーフロー配管の開閉バルブの開閉を選択してオーバーフローする高さを変えることにより、溶液定量槽に溜まる一定量の溶液量を選択することができ、これによって受け側溶液槽へ定量供給する一定量の溶液量を適宜選択でき、溶液定量槽から受け側溶液槽へ定量供給する回数を最小にすることで誤差の少ない定量移送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエアリフトポンプを利用した溶液定量移送装置の実施例を示す説明図である。
【図２】図１の点線部分を拡大した説明図である。
【図３】エアリフトポンプを利用した従来の溶液移送装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１：送り側溶液槽
２：エアリフトセパレータ
３：送り側送液配管
４：受け側溶液槽
５：受け側送液配管
６：コンプレッサ
８：真空ポンプ
１０：溶液定量槽
１４：オーバーフロー配管
１５：オーバーフロー配管の開閉バルブ
１６：溶液定量槽下部の開閉バルブ

Claims

送り側溶液槽とこの送り側溶液槽上方に配置したエアリフトセパレータとを接続する送り側送液配管と、前記エアリフトセパレータ下方に配置した受け側溶液槽と前記エアリフトセパレータとを接続する受け側送液配管と、前記送り側溶液槽の溶液中に浸漬された前記送り側送液配管に圧縮空気を供給するコンプレッサと、前記エアセリフトパレータに接続された真空ポンプとからなるエアリフトポンプを利用した溶液移送装置において、前記エアリフトセパレータ下方の前記受け側送液配管の途中に溶液定量槽を配設し、この溶液定量槽に溶液の所定量が溜まった時点でオーバーフローするオーバーフロー配管を溶液定量槽の所定高さに設置し、前記オーバーフロー配管および前記溶液定量槽下部に開閉バルブを設け、前記オーバーフロー配管の下流を前記送り側溶液槽に接続し、前記溶液定量槽内の液面の波立ちが無くなったことを確認する手段を前記溶液定量槽に設けたことを特徴とするエアリフトポンプを利用した溶液定量移送装置。
前記溶液定量槽の高さ方向に所定溶液量ごとに設置高さを異にした複数のオーバーフロー配管を設置し、各オーバーフロー配管に開閉バルブを設けるとともに、各オーバーフロー配管の下流を送り側溶液槽に接続したことを特徴とする請求項１に記載の溶液定量移送装置。
前記各オーバーフロー配管の下流を１本の戻し配管に接続し、この戻し配管を前記送り側溶液槽に接続したことを特徴とする請求項２に記載の溶液定量移送装置。