JP4918881B2

JP4918881B2 - 晶析装置

Info

Publication number: JP4918881B2
Application number: JP2007137281A
Authority: JP
Inventors: 孝弘近沢; 俊明菊池
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: JP2008289989A

Description

本発明は、使用済核燃料の再処理などに使用され、使用済核燃料の硝酸溶解液から硝酸ウラニルなどを析出させる晶析装置であって、ケーシング内部の液相部と回転内筒の軸受部分とが接触しない構造を有する晶析装置に関する。

使用済み核燃料の再処理法として、使用済核燃料を硝酸溶解したプロセス溶液を冷却して硝酸ウラニルなどを析出させる晶析処理方法が知られており、晶析装置として、例えば、ドライアイスまたは液体窒素などの揮発性冷却剤を使用し、これをプロセス溶液と共に晶析槽に導入して攪拌する装置（特許文献１：特開平６−２６５６８９号）、あるいはケーシング内部と内筒の間にプロセス溶液を導入して冷却する装置（特許文献２：特開平７−１４０２９４号）、あるいは晶析槽の周囲を二重構造にして、この間に冷媒を流すことによって槽内のプロセス溶液を間接的に冷却する装置（非特許文献１：JAERI・Research 99-027）などが知られている。

上記晶析装置のうち、ケーシング内部と内筒の間にプロセス溶液を導入して冷却する装置は、装置構成がシンプルであり、冷媒が繰り返し再使用されるので経済性に優れ、またプロセス溶液はケーシングと内筒の間の限定された空間を流れるので臨界安全制限を保つうえで好適である利点を有する。

一方、従来の上記晶析装置において、プロセス溶液と接触する回転部分が設けられている構造を有するものは、プロセス溶液が軸受部分に接触すると酸腐食が進行して長期間の使用に支障を生じるなどの問題を招く虞がある。具体的には、例えば、図６に示す晶析装置は、傾斜して設置された円筒状のケーシング１０の内部に回転内筒１１が設けられており、該内筒１１の回転軸１２はケーシング上端および下端の外側に設けた軸受１３、１４に軸支されており、内筒１１とケーシング１０の間にプロセス液が導入され、ケーシング外周の冷却路１５に冷水が流れてプロセス液を冷却し、析出した結晶が内筒外周のフィン１６によって上側に移送され、排出口１８から外部に取り出される構造を有しており、ケーシング内部のプロセス液が内筒１１の回転軸を伝わって下側軸受１４のシール部分に接触している。

このため、例えば軸受部分について以下のような点が要求される。
(イ)高濃度硝酸のプロセス液と接するため耐酸性に優れた材質が必要になる。(ロ)硝酸ウラニル結晶を含むスラッジスラリーと接触するので耐スラッジ性に優れた材質が必要になる。(ハ)核燃料物質を含むため高い閉じ込め性を有し、耐放射線性に優れた材質が必要になる。(ニ)無人遠隔セル内に設置されるためメンテナンス・フリー性（保守容易性）に優れた構造であることが求められる。

一方、軸受部分に使用される主要な材質は金属（ステンレス、特殊鋼など）、樹脂（プラスチック、テフロン(登録商標)など）、セラミックス（炭化ケイ素など）および黒鉛などであるが、一般的に(イ)金属製は潤滑剤が必要であり潤滑剤の耐放射線性が低い、(ロ)樹脂は耐放射線性が低い、(ハ)セラミックスは耐スラッジ性に乏しい、(ニ)黒鉛は耐酸性が十分ではないなどの問題がある。
特開平６−２６５６８９号公報特開平７−１４０２９４号公報ＪＡＥＲＩ・Ｒｅｓｅａｒｃｈ、９９−０２７

本発明は従来の晶析装置における上記問題を解決したものであり、使用済核燃料の硝酸溶解液から硝酸ウラニルを析出させるなどの処理方法に使用される晶析装置であって、ケーシング内部の液相部と回転内筒の軸受部分とが接触しない構造を有し、従って、軸受部の材質への制限が緩和されることで、耐酸性および耐スラッジ性に優れており、かつ密閉性が高く、メンテナンスの容易な晶析装置を提供する。

本発明によれば、以下の構成によって上記課題を解決した晶析装置が提供される。
（１）筒状のケーシングと、該ケーシング内部の回転内筒とを有し、該ケーシングには冷却液の流路が設けられており、上記内筒の外周にはフィンが設けられており、ケーシングと該内筒の間に導入した放射性元素を含むプロセス液を冷却して結晶を析出させ、析出した結晶を上記内筒の回転によってケーシング上部の排出口に移動させて取り出す晶析装置であって、上記回転内筒の下端開口を通じて固定内壁が回転内筒の内側に突出して設けられており、該内壁の下端はケーシング下端部に固定されており、ケーシング内側と回転内筒の間および回転内筒内側と上記固定内壁との間にプロセス液の液相部が形成される一方、固定内壁の上端はケーシング内部の液面より上側に延びており、該液面より上方の固定内壁と回転内筒内側との間に中間軸受が設けられていることを特徴とする晶析装置。
（２）回転内筒が筒体と該筒体を貫通して延びる回転軸とを有しており、該回転軸の上部はケーシング上端部を貫通してケーシング上部の軸受に軸支され、該回転軸の下側部分は筒状固定内壁を通じてケーシング外部の軸受に延びて軸支されており、一方、固定内壁上端はケーシング内部の液面より上側に延びて該固定内壁内側にプロセス液が流入しない気相部が形成され、該気相部を間にしてケーシング下部軸受がケーシング内部の液相部から分離して形成されている上記(１)に記載する晶析装置。
（３）回転内筒が筒体と該筒体上部の回転軸とを有し、該回転軸はケーシング上部の軸受に軸支されており、一方、ケーシング下部には軸受が設けられておらず、回転内筒はケーシング上部の軸受および固定内壁と回転内筒との間に設けた中間軸受によって支持されている上記(１)に記載する晶析装置。
（４）固定内壁の内側に圧縮気体を導入する流路が設けられており、導入した圧縮気体によって回転内筒の内圧が高くなり、回転内筒内側と固定内壁外側の間の液面が押し下げられる構造を有する上記(１)〜上記(３)の何れかに記載する晶析装置。
（５）ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に傾斜して形成されており、固定内壁の上端より下側のケーシング側壁に排液口が設けられており、該排液口より上側に析出結晶を含むスラリーの排出口が設けられている上記(１)〜上記(４)の何れかに記載する晶析装置。
（６）ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に縦型に形成されている上記(１)〜上記(４)の何れかに記載する晶析装置。

本発明の晶析装置は、ケーシング内部の回転内筒が、ケーシング上部の軸受と、回転内筒内側に突き出た固定内壁との間に設けた中間軸受によって軸支され、該中間軸受はケーシング内部の液相部の上側に設けられており、こらの軸受部分がケーシング内部の液相部と接触しない構造を有するので、軸受部の材質への制限が緩和されることで、耐酸性および耐スラッジ性に優れており、かつ密閉性が高く、メンテナンスが容易である。

また、本発明の晶析装置は、ケーシング内部において、固定内壁の上端がケーシング内部の液面より上側に延びて固定内壁内側にプロセス液が流入しない気相部が形成され、該固定内壁内側を貫通して回転内筒の回転軸がケーシング下端部の軸受に延びて軸支される構造を形成することによって、ケーシング下端部の軸受も上記気相部によって液相部から分離されているので、上部軸受、中間軸受、下部軸受の何れも液相部に接触しない安定な軸受構造を得ることができる。

また、本発明の晶析装置は、回転内筒を筒体と該筒体上部の回転軸とによって形成し、該回転軸をケーシング上部の軸受に軸支させると共に、上記中間軸受によって回転内筒を支えることによって、ケーシング下部の軸受を省略することができ、安定でかつ簡略な軸受構造を形成することができる。

また、本発明の晶析装置は、固定内壁の内側に圧縮気体を導入する流路を設け、導入した圧縮気体によって回転内筒の内圧を高めて、回転内筒内側と固定内壁外側の間の液面を押し下げる構造を有することによって、固定内壁外側のプロセス液が固定内壁内側に侵入しないように確実に防止することができる。

さらに、本発明の晶析装置は、ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に傾斜して形成されており、固定内壁の上端よりも下側のケーシング側壁に排液口が設けられており、該排液口より上側に析出結晶を含むスラリーの排出口が設けられていることによって、回転内筒が低速で回転されてもスラリーと液の分離性がよい。

また、本発明の晶析装置は、ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に縦型に形成することができ、設置空間の省スペース化を図ることができる。

以下、本発明の晶析装置を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する
図１は、本発明に係る晶析装置の一実施例を示す軸方向概略断面図、図２はその概略横断面図、図３は本発明に係る晶析装置の他の実施例を示す軸方向概略断面図、図４は本発明に係る縦型構造の晶析装置を示す軸方向概略断面図、図５は上記晶析装置に接続される冷却系を示す概念図であり、図中、斜線部分が回転部分である。

図１に示す晶析装置は、筒状のケーシング１０を有し、該ケーシング１０の外周部分には冷却液の流路１５が設けられている。該ケーシング１０の内部には回転内筒１１が設けられている。回転内筒１１は回転軸１２を有し、該回転軸１１の上端部は軸受１３に軸支されてモータ５０に接続されている。さらに該回転内筒１１の外周にはフィン１６が設けられている。ケーシング１０と回転内筒１１の間に放射性元素を含むプロセス液、例えば、ウラン等を含む硝酸溶液が導入され、該プロセス液は回転する内筒１１によって攪拌されると共に冷却液によって冷却され、硝酸ウラニル結晶などが析出する。この析出した結晶は回転内筒１１のフィン１６によって液相から分離して上側に移送され、ケーシング上部の排出口１８から外部に取り出される。

ケーシング１０の内部は、上記回転内筒１１の下端開口を通じて固定内壁２０が回転内筒１１の内側に突出して設けられている。該内壁２０の下端はケーシング下端部に固定されており、ケーシング内部に導入されたプロセス液によって、ケーシング内側と回転内筒１１の間、および回転内筒１１の内側と上記固定内壁２０との間に液相部Ａが形成される構造を有している。

本発明の晶析装置は、固定内壁２０と回転内筒１１との間に中間軸受４０が設けられている。該中間軸受４０はプロセス液に接触しないように、固定内壁２０と回転内筒１１との間の液面より上方の気相部Ｂに設けられている。

図１に示す晶析装置は、さらに、上記固定内壁２０の下部が上記ケーシング１０の下端部を貫通してケーシング外部に延び、ケーシング下端部を塞ぐフランジ２１が形成されており、該下端フランジ２１に接して軸受１４が設けられている。回転内筒１１の回転軸１２の下側部分は、筒状の上記固定内壁２０を通じて、ケーシング外部の上記軸受１４に延びて軸支されており、ケーシング内部の液相部Ａとケーシング外部の軸受１４とが上記固定内壁２０によって分離されて接触しない構造を有している。

より具体的には、図１に示す晶析装置において、回転内筒１１は筒体１９と該筒体１９を貫通する回転軸１２によって形成されており、該筒体１９の下側開口を通じて筒状の固定内壁２０が該筒体１９の内側に突き出して設けられている。回転内筒１１の回転軸１２の上側部分はケーシング上端部を貫通してケーシング上部の軸受１３に軸支されており、一方、回転軸１２の下側部分は上記固定内壁２０を通過してケーシング下端部の外側に延び、上記軸受１４に軸支されている。

ケーシング１０の上記軸受１４より上側部分にはプロセス液をケーシング内部に導入する給液口２３が設けられている。給液口２３を通じて導入されたプロセス液は、ケーシング１０と内筒１１の間および内筒１１の内側と固定内壁２０との間に流入して液相部Ａが形成される。一方、固定内壁２０の上端２２はケーシング内部の液面より上側に延びて固定内壁２０の内側にプロセス液が流入しないように形成されており、固定内壁２０の内側には気相部Ｂが形成される。

図１に示す晶析装置は、さらに、ケーシング１０、回転内筒１１、および固定内壁２０が同軸に傾斜して形成されており、傾斜した固定内壁の上端よりも下側のケーシング側壁に排液口１７が設けられており、該排液口１７より上側に析出結晶を含むスラリーの排出口１８が設けられている。ケーシング内部の液面が排液口１７に達するとオーバフローして外部に流れ、ケーシング内部の液面が排液口１７の下側に保たれ、ケーシング内部の上記液面の上側は気相部に保たれる構造を有している。

晶析装置を傾斜して形成され、固定内壁の上端よりも下側のケーシング側壁に排液口が設けられており、該排液口より上側に析出結晶を含むスラリーの排出口が設けられていることによって、回転内筒が低速で回転されてもスラリーと液の分離性がよい。

さらに、図示する晶析装置には、固定内壁の内側に圧縮気体を導入する流路が設けられている。具体的には、固定内壁２０のケーシング外部のフランジ部２１に、固定内壁２０の内側に通じる導入路２４が形成されている。さらに、固定内壁２０の側壁上部には圧縮気体を固定内壁２０の外側に導く通気孔２５が形成されている。該通気孔２５は中間軸受４０の下側であって、プロセス液の液面よりも上側に設けられている。

圧縮気体は導入路２４を通じて固定内壁２０の内側に送り込まれ、固定内壁２０の内側および回転内筒１１の内側上部に気相部Ｂを形成すると共に、上記通気孔２５を通じて固定内壁２０の外側に流れ、固定内壁１１と回転内筒内側との間の液面を押し下げる。この液面が押し下げられることによって、回転内筒上端に設けた中間軸受４０と液面との接触を確実に防止することができる。

図３に示す晶析装置は、ケーシング下部の軸受を省略した構造を有する。具体的には、図示するように、回転内筒１１が筒体１９と該筒体上部の回転軸１２とを有し、該回転軸１２はケーシング上部の軸受１３に軸支されており、一方、ケーシング下部には軸受が設けられておらず、回転内筒１１はケーシング上部の軸受１３および固定内壁と回転内筒との間に設けた中間軸受４０によって支持されている。

図３の晶析装置は、回転内筒１１はケーシング上部の軸受１３と中間軸受４０とによって支持されるので、安定に回転することができ、一方、ケーシング下部の軸受が省略されているので、軸受構造を簡素化することができ、メンテナンスが容易である。

図４に示す晶析装置は、ケーシング１０、回転内筒１１、および固定内壁２０が同軸に縦型に形成されている構造を有する。その他の構成は図１と同様である。装置全体を縦型に形成することよって設置空間の省スペース化を図ることができる。

上記晶析装置の冷却用流路１５には、例えば図５に示す冷却系３０が接続されている。冷却系３０はその循環路３５にケーシングから出た冷媒を圧縮する手段（圧縮器）３２、圧縮された冷媒を凝縮する手段（凝縮器）３３、凝縮された冷媒を減圧して気化する手段（減圧器）３４などが設けられており、減圧した冷媒がケーシング１０の流路１５に供給される一方、ケーシング１０から排出された冷媒は循環路３５を通じて圧縮器３２に送られ、圧縮された冷媒が凝縮器３３に導かれて液化され、液化された冷媒が減圧器３４に導入され、減圧された冷媒が再びケーシング１０の流路１５に導入され、その気化潜熱によってケーシング内部のプロセス液を冷却する循環冷却サイクルが形成されている。

ケーシング内部に導入されたプロセス溶液は、ケーシング１０の流路１５を流れる冷媒の気化潜熱によって冷却されて硝酸ウラン結晶などが析出する。析出した結晶を含むスラリーは、回転する内筒１１のフィン１６によって液相部Ａよりも上側の排出口１８に送られ、プロセス液と分離して外部に取り出される。一方、プロセス溶液は析出した結晶を残して排液口１７から外部に排出される。

以上のように本発明の晶析装置は、ケーシング内部の液相部と回転内筒を支える軸受部位分とが固定内壁によって分離されており、接触しないので、軸受部の材質への制限が緩和されることで、耐酸性および耐スラッジ性に優れており、かつ密閉性が高く、メンテナンスが容易である。

また、本発明の晶析装置は、固定内壁の内側に圧縮気体を導入する流路を設け、回転内筒の内圧を高めて、回転内筒内側と固定内壁外側の間の液面を押し下げる構造を有することによって、固定内壁外側のプロセス液が固定内壁内側に侵入しないように確実に防止することができる。さらに、本発明の晶析装置は、ケーシング、回転内筒、および固定内壁を同軸に傾斜して形成することによって、回転内筒が低速で回転してもスラリーと液の分離性のよい装置を得ることができ、また、装置全体を縦型に形成することよって設置空間の省スペース化を図ることができる。

本発明に係る晶析装置の一実施例を示す軸方向概略断面図図１に示す晶析装置の概略横断面図本発明に係る晶析装置の他の実施例を示す軸方向概略断面図本発明に係る縦型の晶析装置を示す軸方向概略断面図上記晶析装置に接続されている冷却系を示す概念図従来の晶析装置における軸受部分の構造を示す軸方向概略断面図

符号の説明

１０−ケーシング、１１−回転内筒、１２−回転軸、１３、１４−軸受け、１５−流路、１６−フィン、１７−排液口、１８−排出口、１９−筒体、２０−固定内壁、２１−フランジ部分、２２−内壁上端、２３−給液口、２４−導入口、２５−通気孔、５０−モータ

Claims

筒状のケーシングと、該ケーシング内部の回転内筒とを有し、該ケーシングには冷却液の流路が設けられており、上記内筒の外周にはフィンが設けられており、ケーシングと該内筒の間に導入した放射性元素を含むプロセス液を冷却して結晶を析出させ、析出した結晶を上記内筒の回転によってケーシング上部の排出口に移動させて取り出す晶析装置であって、上記回転内筒の下端開口を通じて固定内壁が回転内筒の内側に突出して設けられており、該内壁の下端はケーシング下端部に固定されており、ケーシング内側と回転内筒の間および回転内筒内側と上記固定内壁との間にプロセス液の液相部が形成される一方、固定内壁の上端はケーシング内部の液面より上側に延びており、該液面より上方の固定内壁と回転内筒内側との間に中間軸受が設けられていることを特徴とする晶析装置。
回転内筒が筒体と該筒体を貫通して延びる回転軸とを有しており、該回転軸の上部はケーシング上端部を貫通してケーシング上部の軸受に軸支され、該回転軸の下側部分は筒状固定内壁を通じてケーシング外部の軸受に延びて軸支されており、一方、固定内壁上端はケーシング内部の液面より上側に延びて該固定内壁内側にプロセス液が流入しない気相部が形成され、該気相部を間にしてケーシング下部軸受がケーシング内部の液相部から分離して形成されている請求項１に記載する晶析装置。
回転内筒が筒体と該筒体上部の回転軸とを有し、該回転軸はケーシング上部の軸受に軸支されており、一方、ケーシング下部には軸受が設けられておらず、回転内筒はケーシング上部の軸受および固定内壁と回転内筒との間に設けた中間軸受によって支持されている請求項１に記載する晶析装置。
固定内壁の内側に圧縮気体を導入する流路が設けられており、導入した圧縮気体によって回転内筒の内圧が高くなり、回転内筒内側と固定内壁外側の間の液面が押し下げられる構造を有する請求項１〜請求項３の何れかに記載する晶析装置。
ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に傾斜して形成されており、固定内壁の上端より下側のケーシング側壁に排液口が設けられており、該排液口より上側に析出結晶を含むスラリーの排出口が設けられている請求項１〜請求項４の何れかに記載する晶析装置。
ケーシング、回転内筒、および固定内壁が同軸に縦型に形成されている請求項１〜請求項４の何れかに記載する晶析装置。