JPH07507234A - 液体処理ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、適当な円筒状容器を存し、該容器がその適当な第１上方チヤンバ内に 配置された１組の比較的細長い管すなわちダクトを備え、容器の入口から出口に 至る流路に液体を強制的に通し、この強制通過中に、液体に脱イオン化等の処理 を受けさせる液体処理ユニットに関する。

この形式のユニットは、より正確には、主としてＦｅイオンを脱イオン化して好 ましくない汚染物質を除去することにより、原子炉に取り入れられる水を浄化す る原子力産業に使用されている。この目的のため、細い処理管には多数の孔が設 けられており、且つ肢管は、外面がイオン交換媒体によりコーティングされたク ロス（布）により包囲されている。実際には、処理管は、開放した下方チャンバ から分離した状態て上方チャンバ内に取り付けられている。また、処理管は、底 部が閉鎖され且つ頂部が開放されている。かくして、外部から管に流入する水は 、先ずイオン交換媒体の外側層に浸入し、次に管の周方向壁の多数の小孔を通過 後に容器の上部内にｔＪｌ出される。該容器において、水は、下方の自由チャン バを通って中心方向に延びた貫通出口管内に収集され、容器の底部を通って流出 する。

従来技術によるこの形式のユニットでは、入口が、容器の下方チャンバ（より詳 しくは円筒壁）に直接開口する管からなり、肢管が円筒壁から半径方向に突出し ている。これらの既知のユニットにおいて解決が困難な１つの問題は、下方チャ ンバ内での制御されない乱流により、別々の処理管の外部で水の流速が極めて不 均一になることである。か（して、処理管を通って流れる水の速度が、成る管で は非常に大きくなり、一方他の管では比較的小さくなる。水が高速で通過する箇 所では、管のイオン交換媒体が急速に侵食され、これは、イオン交換媒体が必要 な回復をする間の作動時間を短くする。これらの回復は煩わしく且つ時間を要す る作業であり、回復と回復との間の作動時間が短か過ぎると、コスト有効性が損 なわれる。

発明の要約 本発明の目的は、従来技術によるこの形式のユニットの上記欠点を改善すること 、及びイオン交換媒体の回復又は交換を全く必要としないで長期間作動できるユ ニットを提供することにある。か（して、本発明の基本的目的は、処理管の外部 の水流が均一であり、全ての管の組における最高流速と最低流速との間の変化が 小さいユニットを提供することにある。本発明の他の目的は、新しいユニットの 処理管を通る液体の均一な流れを確保するだけでなく、比較的簡単な手段を使用 することにより既存のユニットをまさしくこの目的に適合するように改造できる ようにすることにある。

少なくとも本発明の上記基本的目的は、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の特 徴を有するユニットにより達成される。本発明の好ましい実施例及び優れた実施 例か請求の範囲第２項〜第１５項に記載されている。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるユニットの垂直断面図である。

第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿う水平断面図である。

第３図は、本発明によるユニットの一部を形成する液体分散ケーシングの一方の 半部を示す拡大切断斜視図である。

第４図は、第３図のケーシングの一部の別の拡大垂直断面図である。

第５図は、ケーシング底の一部の更に別の拡大平面図である。

好ましい実施例の説明 第１図において、参照番号ｌは、適当な円筒状周壁２（ここでは垂直に配置され ている）と、上端壁３と、下端壁すなわち底４とにより形成された容器の全体を 示す。図示の実施例では、底壁４は凸状すなわちドーム状をなしており、その凸 状部は下方を向いている。容器ｌの内部は、上部すなわち上方チャンバ６と、実 質的に自由なチャンバすなわち開放チャンバの形態をなす下部７とに分割されて いる。上方チャンバ６内には複数の比較的細長い管すなわち細管８が取り付けら れており、前述のように、該細管８の上端部８′は開放しており且つ下端部８＃ は閉鎖されている。管８の上端部８′は、上端壁３より下のレベルに配置された 隔壁５に開口している。実際には、管８の周壁には多数の小孔（図示せず）が設 けられており、これらの小孔を通って水が管８の内外に流れることができる。各 管８の外面にはクロス（該クロス自体にはイオン交換媒体が設けられている）が 付着されている。外面のイオン交換媒体を介して管を通過した水は、上端壁３の 下の空間内に収集され、且つ、上部開口９′から容器１の全体に亘って延びた中 央の比較的太い出口管９を通って底壁４から出る。容器Ｉは未処理水の入口管Ｉ Ｏを存し、該入口管ＩＯは容器の円筒状周壁２に連結され且つ該周壁２から半径 方向に突出している。実際には、容器ｌは、１〜３ｍ（約１．５ｍが適当である ）の直径と、３〜６ｍの軸線方向高さと、全容器体積の５０％以上の体積を占め る上方のチャンバ６とを有する。

第１図に示す実施例では、細長い処理管８が容器の上部に取り付けられており、 容器の下部には自由チャンバ２が配置されている。この理由から、ここでは、チ ャンバ６を単に上方チャンバ６と呼び、一方、チャンバ７を下方チャンバと呼ぶ ことにする。しかしながら、逆の構造も除外しないことを強調しておく。すなわ ち、容器の下部に処理管８を取り付け、一方、容器の上部に自由チャンバを配置 することもてき、この理由から、請求の範囲の記載では、両チャンバ６．７をそ れぞれ第１及び第２チヤンバと呼んでいる。

前述のように、図示のユニットすなわち組立体は既知の物質中に置かれる。

本発明によれば、全体を参照番号１１て示す環状ケーシングすなわちシェルが自 由チャンバ（ここでは下方チャンバ）７内に配置されており、該ケーシングすな わちシェルＩＩは、入口ｌＯを通って容器内に流入する水を分散させる機能を有 する。第１図と他の図面とを組み合わせれば理解されるように、液体分散ケーシ ング１１は内側側壁及び外側側壁１２．１３により形成されている。両側壁１２ ．１３は、それぞれ上縁部１４に沿ってシールされて相互連結され且つ少なくと も１つの横壁１５により相互連結されている。横壁１５には複数の小孔すなわち 小開口１６が設けられており、該小孔１６を通り、水が多数の個々のジェットの 形態をなして押し出される。実際には、ケーシング１１は閉鎖環状体の形態をな している（第２図参照）。第３図には環状体の半部が示されており、該半部の第 １端部１７は入口１０に近接して配置され、一方他端部は参照番号１８で示され ている。本発明の特徴によれば、液体分散ケーシング１１の断面積は、入口側端 部１７から反対側端部１８に向かって連続的に減少している。液体分散ケーシン グの断面積すなわち流れ面積は、入口側端部１７から直径方向対向端部１８に向 かって実質的にリニアに減少するのが有効である。

理論的には、液体分散ケーシング１１の内部キャビティ１９を形成する両壁１２ ．１３は、適当な形状を有する単一金属板で形成するのが理想的である。しかし ながら、実際にはこのような構成は製造技術との相容性が容易に得られず、従っ て図示の実施例では、両壁１２．１３は、はぼ理想的なケーシング形状を形成す べく一体的に溶接された多数の別々の金属シート部分で構成されている。第３図 及び第４図から明らかなように、外側の金属シート壁１３はその上縁部１４と底 壁１５との間で実質的に垂直に延びている。一方、内側壁１２は、少な（とも入 口側端部１７の領域において上縁部１４より下のレベルに終端しており、傾斜金 属シート部分２０により外側壁１３に連結されるようになっている（ここで、傾 斜金属ソート部分２０は、上方にテーバした断面形状をケーシングに与えている ）。第３図から明らかなように、端部１７から端部１８に向かうケーシングの断 面積の減少の少なくとも一部は、ケーシングの高さが徐々に減少していることに よる。実際には、入口側端部１７から反対側端部１８に向かうケーシングの断面 積の減少は、底壁１５の少なくとも一部が、入口側端部から反対側端部に向かっ て徐々にチー、パしていることにもよる（第２図をも参照されたい）。カバーの 断面積が入口側端部から反対側端部に向かってリニアに減少するようにカバーを 設計する目的は、流速を、流路に沿ってできる限り均一にして、横方向底壁１５ の全ての孔１６において同一の流出係数及び同一の流量が得られるようにするこ とにある。底壁１５は比較的厚い金属シートで作り且つ孔１６が比較的小さい直 径をもつようにするのが便利である。かくして、金属シーＨ５の厚さは８〜１５ ｍｍ又は９〜１２ｍｍにすべきであり、一方、孔１６の直径は金属シートの厚さ を超えないようにすべきで、ｌ０ｏｎにすることができる。図示し且つ試験した 実施例では孔１６の全面積は約０．０４５　ｍ”であり、１０ｍｍの直径をもつ 約５７０個の孔１６が設けられている。２００ｋｇ／ｓの流れでは、孔を通る流 量は４．４ｍ／ｓであり且つ圧力降下は１　ｍｖｐを僅かに超えるに過ぎない。

孔穿き壁１５により形成される流れ抵抗発生バリヤに生じるこの圧力降下は、環 状ケーシング内の平均流れの速度高さくｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｈｅｉｇｈｔ）の少 な（とも２倍、好ましくは少なくとも５倍になるようにする。入口ＩＯの領域で は、カバー内の水流の流量は、約０．８７　ｍ／ｓ（０，０３８ｍｖｐ）である 。孔を通る高速ジェットは、環状ケーシングに沿う均一な流出分布を与える（こ れは、試験において、上下を逆にしたケーシングの孔を通って噴出させるとき、 実質的に全ての液体ジェットがほぼ同じ高さになるという事実により確認されて いる）。

しかしながら、環状ケーシングに沿う水の均一分布の観点から１指している液体 ジェットの高速性自体は、下方の自由チャンバ７内の流れパターンに悪影響を与 える。この悪影響を無くすすなわち防止すべく、液体ジェットの速度を低下させ る手段が孔穿き横壁１５の下の領域に設けられている。この実施例では、これら の手段は、最初に述べた横壁１５から一定距離を隔てて配置された第２横壁２１ からなり、該第２横壁２１にも複数の小孔２２が設けられている。孔２２の全面 積（約０．１４０　ｍ”である）は、第１横壁１５の孔の全面積より大きく、２ 〜４倍大きくするのが適している。かくして、下方の第２壁２１は、大きな流れ 抵抗を生しさせることなく液体ジェットの速度を低下させる。

第４図に示すように、下方の横壁２１は、内側壁１２の下部と、外側壁１３の内 側に配置された別個の周縁金属シート２３とによりケーシングに連結されている 。しかしながら、周縁金属シート２３は、入口に関連するケーシングの比較的広 い面積の箇所においてのみ見られる。ケーシングの幅は徐々に減少しており、両 端部１７と１８との間の成る位置で、周縁金属シート２３は外側壁１３の延長片 に融合する。

第１図から明らかなように、液体分散ケーシング１１は、下方の横壁２１の孔２ ２の配列か容器の周壁２と底壁４との間の移行領域２４の直ぐ近くに開口する特 表平７−５０７２３４　（４） ように位置決めされる。より詳しくは、下方の横壁２１は、実質的に水平な平面 内すなわち容器の中心軸線に対して実質的に垂直に配置される。この配置の結果 、容器の下方チャンバ７内に流出する水は、容器のドーム状の底壁４上に衝突し 且つ該壁４に沿って中心に向かって内方に流れる。中央には管９が設けられてお り、肢管９は処理された水の出口として機能するだけでなく、液体分散ケーシン グ１１から内方に流れる液体を、制御された上向き流に偏向させ且つ案内する手 段としても機能する。この理由から、管９は、水に対する大きな衝撃面を形成す るように比較的大きな直径にすべきである。管９の外面には、底壁４から離れた 位置において周方向カラー２５が配置されており、該カラー２５は、水が管９に 沿って上方に流れるように偏向させ且つ水が管９から離れて容器の下方の自由チ ャンバ７のより外周領域に向かって流れるように案内する機能を有する。容器の カラー２５と底壁４との間には、管９から実質的に半径方向に突出している多数 の垂直ベーン２６が更に設けられている。これらの垂直ベーン２６は、カラー２ ５と底壁４との間の領域における水の横方向の再分散流を妨げる。図示の実施例 では８個のベーンが設けられているけれとも、この個数は増やすことも減らすこ ともてきることは勿論である。チャンバ７の底領域において中心管９に向かって 流れる水は、ベーン２６の間に形成される内方にテーパした別々の隔室により遮 断され且つ多数の垂直部分流となって管９に沿って上方に流れる。これらの垂直 部分流は、カラー２５上に衝突するとチャンバ７の上部において管９から外方に 偏向され、容器ｌの全断面に亘って実質的に均一に拡散される。これにより、容 器の上部にある全ての処理管８を通る均一な水流が確保される。

本発明の長所は明白である。上記液体分散ケーシング１１は、イオン交換媒体か 設けられた処理管８の外面上で水か確実に均一に流れるようにし、これにより、 別々の処理管での瞬間流速か、イオン交換媒体を侵食する速度（実際には約０． ４ｍ／ｓ）を超えることを防止する。かくして、イオン交換媒体の寿命が大幅に 延長され、従ってオーバーホール及び回復のために必要な休止時と休止時との間 の作動時間かかなり延長される。

本発明は、いかなる意味においても、以上説明し且つ図示した実施例に限定され ないことはいうまでもない。従って、本発明は水板外の液体の処理にも使用でき る。また、この処理は、脱イオン化処理又は洗浄処理等に限定されるものでもな い。重要な点は、１つの組をなす別々の細長い処理管が、制御された速度を有す る液体の均一流を必要とすることである。本願に開示する実施例では、環状の液 体分散ケーシング１１が、異方体（互いに各の関係を有する）であるとはいえ実 質的に同一の２つの半部により形成され、各半部は、断面積が最大の入口から直 径方向対向端部（この端部で、断面積はゼロになる）まで延びている。しかしな がら、好ましいことではないが、環状ケーシングを、太い入口端から、入口管の 近くの反対側の閉鎖端部まて実質的に３６００の範囲に亘って配置される干渉ユ ニットとして設計できることに気づくであろう。図示の実施例では、液体分散ケ ーシングは、新しいユニットに取り付けることができるだけでなく、既存のユニ ット容器にも取り付けることができる別体ユニットである。しかしながら、本発 明の液体分散ケーシングは、好ましくは製造時に容器と一体に形成されるユニッ トとして構成することもできる。この場合には、容器の周壁２の一部は、図示の 外側壁１３と置換する壁のようにして、ケーシングの内部を形成するのに使用さ れる。このような設計は、ケーシングの液体分散孔１６．２２をできる限り容器 の外周部に近づけて配置できる利点があり、これは、図示の挿入形液体分散ケー シングにおいても好ましいことである。図示の実施例における中央出口管９は内 方に向かう液体の流れを上方に偏向させる案内手段として機能するけれとも、他 の案内手段を使用することもできる。かくして、出口管は容器の上部に配置でき 且つ容器の下方チャンバ内の中央に配置される特殊カラムと置換できる。本願明 細書の冒頭で簡単に述べたように、容器の空間的位置は厳格ではない。従って、 処理管８を容器の下部に配置する一方、液体分散ケーシングを収容する自由チャ ンバを容器の上部に配置することもできる。また、容器は、必ずしも第１図に示 すように垂直に配置する必要はない。また、環状ケーシングという用語は、閉鎖 した環状ケーシング及び開放した環状ケーシングを含むその最も広い意味に解釈 すべきである。更に、下方の孔穿き金属シートすなわち壁２１は、底壁１５の孔 を通って流れる液体ジェットの速度を低下させることがてきる、例えば格子又は 他の任意の手段で置換できる。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、　Ｓ Ｅ）、ＣＡ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　Ｍ Ｌ、　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、 ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　ＰＬ 、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ。

ＳＥ、　ＳＫ、　ＵＡ、　ＵＳ （７２）発明者　カールソン、ロルフ スウェーデン国、エルヴカーレビー　ニス−８１０７０スメーズヴエーゲン　１ ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．適当な円筒状容器（１）を有し、該容器（１）がその適当な第１上方チャン バ（６）内に配置された１組の比較的細長い管すなわちダクト（８）を備え、容 器の入口（１０）から出口（９）に至る流路に液体を強制的に通し、この強制通 過中に、液体に脱イオン化等の処理を受けさせる液体処理ユニットにおいて、容 器の第１チャンバ（６）とは反対側の適当な第２下方チャンバ（７）に環状ケー シングすなわちシェル（１１）が配置され、該ケーシングすなわちシェル（１１ ）が入口（１０）を通って供給される液体を分散させる機能を有し、前記ケーシ ング（１１）が内側側壁及び外側外側（１２、１３）により形成され、両側壁（ １２、１３）が、縁部（１４）に沿ってシールされて相互連結され且つ前記縁部 （１４）とは反対側の少なくとも１つの横壁（１５）により相互連結され、該横 壁（１５）には複数の小孔すなわち開口（１６）が形成されており、該開口（１ ５）を通って液体が多数の別々のジェットの形態をなして強制的に排出され、液 体分散ケーシング（１１）の断面積は、ケーシングの入口（１０）から反対側端 部（１８）に向かって連続的に減少しており、第２チャンバ（７）の実質的に中 央には、液体分散ケーシング（１１）から内方に向かって流れる液体を、液体を 処理するための前記管（８）の組に向かう制御された均一流れに偏向させ且つ案 内するための手段（９）が配置されていることを特徴とする液体処理ユニット。 ２．前記液体分散ケーシング（１１）の断面積すなわち流れ面積が、実質的にリ ニアな態様で減少していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のユニット 。 ３．前記孔穿き横壁（１５）の外側領域には、前記横壁（１５）の孔（１６）を 通過するジェットが容器の第２自由チャンバ（７）内に排出される前に前記ジェ ットの速度を低下させるための手段（２１、２２）が設けられていることを特徴 とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のユニット。 ４．前記速度低下手段が、最初に述べた横壁（１５）から一定距離を隔てて配置 され且つ複数の小孔（２２）が設けられた第２横壁（２１）を備え、第２横壁（ ２１）の孔の全面積は第１横壁（１５）の孔の全面積より大きく、好ましくは２ 〜４倍大きいことを特徴とする請求の範囲第３項に記載のユニット。 ５．前記液体分散ケーシング（１１）の少なくと第１横壁（１５）が例えば８〜 １５ｍｍ又は９〜１２ｍｍの厚さを有する厚い金属シートからなり、前記孔（１ ６）は実質的に円筒状であり且つ金属シートの平面に対して垂直であり且つ金属 シートの厚さを超えない直径を有することを特徴とする請求の範囲第１項〜第４ 項のいずれか１項に記載のユニット。 ６．前記環状の液体分散ケーシング（１１）が、異方体であるとはいえ実質的に 同一の２つの半部からなり、各半部が、該半部の断面積が最大である、入口（１ ０）に近接した一端（１７）から、断面積がゼロに向かう直径方向対向端部（１ ８）まで延びており、前記断面積は、少なくとも、ケーシングの入口側端部（１ ７）から直径方向対向端部（１８）に向かって徐々に減少するケーシングの高さ により減少することを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記 載のユニット。 ７．前記液体分散ケーシング（１１）は、横壁（１５、２１）の孔（１６、２２ ）が容器の側壁（２）と端壁すなわち底壁（４）との四の移行領域（２４）の直 ぐ近くに開口するように配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第 ６項のいずれか１項に記載のユニット。 ８．前記自由チャンバ（７）に隣接する容器の端壁が凸伏すなわちドーム状の壁 （４）であり、該壁（４）の凸状部は、液体を処理する管（８）が取り付けられ たチャンバ（６）から離れる方向を向いていることを特徴とする請求の範囲第７ 項に記載のユニット。 ９．前記液体分散ケーシング（１１）の孔穿き横壁（１５）が、実質的に水平な 平面内すなわち容器の中心軸線に対して垂直に配置されていることを特徴とする 請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載のユニット。 １０．前記液体分散ケーシング（１１）が、容器（１）内に取り付けられる別体 ユニットであり、前記ケーシング（１１）の外側側壁（１３）が、環状ギャップ により容器の側壁（２）から分離されていることを特徴とする請求の範囲第１項 〜第９項のいずれか１項に記載のユニット。 １１．前記液体案内手段が、容器の自由チャンバ（７）に関連する端壁（４）か ら、液体を処理するための細長い管（８）が取り付けられた容器の部分まで延び たカラム（９）であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１０項のいずれか １項に記載のユニット。 １２．前記カラムが円筒状の管（９）であり、該管（９）は、既知の方法で、細 長い管（８）を通過した液体の出口としても機能することを特徴とする請求の範 囲第１１項に記載のユニット。 １３．前記カラムすなわち管（９）の外面上には、端壁（４）から一定距離を隔 てて配置された周方向カラー（２５）が設けられており、該カラー（２５）は、 カラムに沿って流れる液体を偏向させ且つ該液体をカラムから容器の自由チャン バ（７）の外周により近い領域に向けて案内する機能を有することを特徴とする 請求の範囲第１１項又は第１２項に記載のユニット。 １４．前記カラー（２５）と岸壁（４）との間には、カラム（９）から実質的に 半径方向に突出する例えば８個のベーン（２６）が配置されており、該ベーン（ ２６）は、カラーと端壁との間の領域における液体の流れの横方向再分散を妨げ ることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のユニット。 １５．前記液体分散ケーシング（１１）の外側壁（１３）は、その全体が、ケー シングの底から周方向上縁部（１４）まで実質的に垂直に延びており、一方、内 側壁（１２）は、その少なくとも一部が、限定された距離に亘って実質的に垂直 にケーシングの底から延び、その後、各断面がくさび状になるようにテーパする ケーシングの縁部を形成すべく、前記上縁部（１４）に連結される傾斜壁部（２ ０）に融合することを特徴とする請求の範囲第１項〜第１４項のいずれか１項に 記載のユニット。