(57)【要約】【課題】給液用配管表面における廃液の乾燥固化に伴う閉塞を抑制することができる遠心式薄膜乾燥機を提供する。【解決手段】処理液を加熱する伝熱面を備えた中空状の伝熱胴１１と、伝熱胴１１内に処理液を導入する処理液入口１６と、伝熱胴１１の軸心位置に配置された回転軸と、回転軸に放射状に設けられ、濃縮および乾燥により伝熱面に生成される処理液の粉体を掻き落とすブレードとを備え、処理液入口１６には、その表面に撥水性皮膜４１が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液を加熱する伝熱面を備えた中空状の伝熱胴と、
前記伝熱胴内に前記処理液を導入する処理液入口と、
前記伝熱胴の軸心位置に配置された回転軸と、
前記回転軸に放射状に設けられ、濃縮および乾燥により前記伝熱面に生成される前記処理液の粉体を掻き落とすブレードとを備え、
前記処理液入口には、その表面に撥水性皮膜が形成されていることを特徴とする遠心式薄膜乾燥機。
【請求項２】
前記処理液入口は、前記伝熱胴と一体形成された管台と、前記管台に対して着脱可能に内挿された内挿管であり、
前記撥水性皮膜は、前記内挿管の内表面に形成された請求項１記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項３】
前記処理液入口は、前記伝熱胴と一体形成された管台と、前記管台に対して着脱可能に内挿された内挿管であり、
前記撥水性皮膜は、前記内挿管の内表面、外表面および前記管台の内表面に形成された請求項１記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項４】
前記撥水性皮膜は、純水に対する接触角が９０度以上である請求項１〜３のいずれか一項記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項５】
前記撥水性皮膜は、少なくともフッ素樹脂を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項６】
前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である請求項５記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項７】
前記撥水性皮膜は、さらに金属粉末を含む請求項５記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項８】
前記撥水性皮膜は、２０体積％以上８０体積％以下を前記金属粉末で構成され、残部をフッ素樹脂で構成された請求項７記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項９】
前記金属粉末は、ニッケル金属粉末である請求項７または８記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項１０】
前記撥水性皮膜は、１μｍ以上１００μｍ以下の膜厚を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の遠心式薄膜乾燥機。
【請求項１１】
前記処理液は、原子力発電プラントで発生する放射性廃液である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心式薄膜乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃液処理設備などに適用する遠心式薄膜乾燥機に係り、特に凝結物による給液配管の閉塞を好適に抑制する遠心式薄膜乾燥機に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃液処理設備においては、廃液物量の減容を測ることが主要目的の一つとされている。特に、敷地内の廃棄物貯蔵スペースが問題となる原子力発電プラントにおいては、乾燥機を用いることにより発生する濃縮廃液の水分を蒸発させて得られた残さ固形分の粉体化が行われる。この粉体化された濃縮廃液は、セメントと混合されて固化されたり、プラスチックと混合されて固化されたり、造粒、ペレット化された後センメントやプラスチックで固化されたりして廃棄される。
【０００３】
また、原子炉の復水や廃水を浄化する粒状イオン交換樹脂や粉末イオン交換樹脂、ろ過助剤などの小粒径の固体廃棄物は、脱水や乾燥処理後、セメントおよびプラスチックと混合されて固化処理されて廃棄される。
【０００４】
廃液の乾燥処理は、体積を１／１０程度に減少できるため、廃棄物の減容という観点から非常に有用な単位操作である。従来、これらの乾燥処理には遠心式薄膜乾燥機が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この遠心式薄膜乾燥機は、主に廃液の水分を蒸発・乾燥させる伝熱面を供えた縦長円筒状の伝熱胴、および固形化して伝熱面に付着した廃液を掻き落とす回転ブレードを備えた回転シャフトを備える。また、伝熱胴上部には、廃液を給液するための給液用配管が設けられる。廃液は、給液用配管から遠心式薄膜乾燥機内に供給された後、所定温度に過熱された伝熱面に触れ、水分の蒸発・乾燥が進行するに連れて固形化される。回転ブレードは、伝熱面上で固形化した廃液を掻き取ることで粉体化して剥離させ、下方に落下させる。粉体化された廃液は、最終的には機体下方に設けられた排出口より排出される。
【０００６】
従来、この遠心式薄膜乾燥機の伝熱胴内面に発生する汚泥のスケーリングを防ぎ、伝熱効率の低下を回避する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−３０６０１号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
廃液は給液用配管を経由して遠心式薄膜乾燥機内に供給される。この給液用配管は、伝熱胴上部に設けられているため、廃液を乾燥固化するための伝熱面からの熱により温度が上昇してしまう。このため、廃液が伝熱胴内へ供給される前に、給液用配管の内部で廃液が乾燥固化し、給液用配管が閉塞する可能性があるという課題があった。
【０００９】
この課題に対し、廃液に添加物を添加するなどして改質を行い、給液用配管内面に対する廃液の付着を抑制することが考えられる。また、給液配管の形状を工夫して、廃液が乾燥固化しにくい構造とすることも考えられる。
【００１０】
しかし、現段階では廃液の改質や給液用配管の形状変更では十分な効果が得られず、現実的な解決方法が得られないという実状があった。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、給液用配管表面における廃液の乾燥固化に伴う閉塞を抑制することができる遠心式薄膜乾燥機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る遠心式薄膜乾燥機は、処理液を加熱する伝熱面を備えた中空状の伝熱胴と、前記伝熱胴内に前記処理液を導入する処理液入口と、前記伝熱胴の軸心位置に配置された回転軸と、前記回転軸に放射状に設けられ、濃縮および乾燥により前記伝熱面に生成される前記処理液の粉体を掻き落とすブレードとを備え、前記処理液入口には、その表面に撥水性皮膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る遠心式薄膜乾燥機によれば、給液用配管表面における廃液の乾燥固化に伴う閉塞を抑制し、乾燥効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における遠心式薄膜乾燥機の全体的な構成を示す部分縦断面図。
【図２】図１の遠心式薄膜乾燥機の領域IIの拡大図。
【図３】純水に対する接触角の定義を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本実施形態においては、本発明に係る遠心式薄膜乾燥機を原子力発電プラントの稼働中に生成された放射性廃液を薄膜状に乾燥させ、粉体化させる乾燥処理を行う場合に用いられる例を適用して説明する。なお、この遠心式薄膜乾燥機は、原子力発電プラント以外の産業廃棄物処理施設などのプラント施設から発生する各種廃液処理についても適用することができる。
【００１６】
図１は、本実施形態における遠心式薄膜乾燥機の全体的な構成を示す部分縦断面図である。
【００１７】
遠心式薄膜乾燥機１は、中空状の円筒形を有する伝熱胴１１を備える。また、伝熱胴１１の外側には、加熱ジャケット１２が設けられる。この加熱ジャケット１２には、外部に突出した加熱蒸気入口１３が上部位置に、外部に突出した蒸発ドレン排出口１４が下部位置に設けられる。
【００１８】
伝熱胴１１の内表面は、所定温度に加熱される伝熱面１５として機能する。伝熱面１５は、加熱蒸気入口１３から供給された加熱蒸気が供給されることにより、所定温度（例えば約１７０度）に加熱される。
【００１９】
伝熱胴１１には、廃液入口１６および蒸発蒸気出口１７が上部位置に設けられる。廃液入口１６は、廃液を伝熱胴１１の内部に導入するための給液口としての配管である。蒸発蒸気出口１７は、放射性廃液（廃液）の一部である蒸発した蒸気を排出させる排出口としての配管である。また、伝熱胴１１には、廃液乾燥粉体排出口１８が下端位置に設けられる。この廃液乾燥粉体排出口１８は、円錐コーン状で構成され、廃液の乾燥によって生じる廃液乾燥粉体を排出するための排出口である。
【００２０】
伝熱胴１１の中空部には、回転シャフト１９が配置される。回転シャフト１９は、図示上下方向に伸びた軸状に構成され、伝熱胴１１の軸心位置に配置される。回転シャフト１９は、図示しない駆動モータによって回転自在に構成される。
【００２１】
回転シャフト１９には、回転ブレード２０および分散環２１が設けられる。
【００２２】
回転ブレード２０は、回転ブレード取付座２２を介して回動自在に取り付けられる。また、回転ブレード２０は、回転シャフト１９の軸方向および周方向に放射状に整列されて配置される。回転ブレード２０の先端部は、それぞれ伝熱胴１１内面の伝熱面１５に対してわずかな間隙をあけて対向配置される。分散環２１は、廃液入口１６に対して外周面を対向させて配置され、回転シャフト１９と一体回転可能に設けられる。分散環２１は、廃液入口１６から供給される廃液を円環状の外周面で反射させ、伝熱面１５に遠心方向に分散させるようになっている。
【００２３】
図２は、図１の遠心式薄膜乾燥機１の領域IIの拡大図である。
【００２４】
遠心式薄膜乾燥機１の廃液入口１６は、廃液入口管台３１およびこの廃液入口管台３１に内挿される内挿管としての伸長管３２で構成される。廃液入口管台３１は、伝熱胴１１に対して溶接などにより接合されて一体形成される。廃液入口管台３１は、伝熱胴１１から外部に向かって突出した先端部に入口管台フランジ部３１ａを備える。この入口管台フランジ部３１ａには、廃液を供給するための外部配管３３の外部配管フランジ部３３ａが、ボルト３５およびナット３６により着脱可能に連結される。
【００２５】
伸長管３２は、両端部が開口し、外部配管３３側から供給された廃液を伝熱胴１１側に供給するための構成を有する。また、伸長管３２は、外部配管３３側に開口した端部３２ｂに伸長管フランジ部３２ａを有する。この伸長管フランジ部３２ａは、入口管台フランジ部３１ａと外部配管フランジ部３３ａとの接合面部に狭持固定される。狭持固定された伸長管フランジ部３２ａは、廃液入口管台３１内に液密かつ強固に固定される。
【００２６】
伸長管３２は、廃液入口管台３１よりも小さい所定径を有する配管である。伸長管３２は、廃液入口管台３１に着脱自在となっている。伸長管３２の径は、伸長管３２を通流する廃液の性状、流量を含む特性に対応して設定される。このため、伸長管３２は、遠心式薄膜乾燥機１で取り扱う廃液に応じて、適切な形状を有する配管に取替え自在に構成される。伸長管３２を取替え可能とすることで、遠心式薄膜乾燥機１内には廃液の特性に応じた廃液の供給を可能とし、乾燥効率をより高めることができる。また、廃液入口管台３１の内径は、廃液に対応した各種の外径を有する伸長管３２が収容可能なように設定され、例えば従来の廃液入口管台３１の内径よりも大径とされる。
【００２７】
伸長管３２の内表面には撥水性を有する材料により皮膜４１が形成される。皮膜４１は、膜厚が１μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましい。皮膜４１の膜厚を１μｍ以上とすることで、皮膜４１により伸長管３２表面を均一に覆うことができ、伸長管３２表面の部分的な露出に伴う撥水性の急激な低下を抑制することができる。また、皮膜４１の膜厚を１００μｍ以下とすることで、伸長管３２表面に対する皮膜４１の密着強度を維持し、皮膜４１のき裂の発生に伴う耐酸化性の低下や、皮膜４１の剥離の発生を抑制することができる。
【００２８】
皮膜４１を構成する材料は、少なくともフッ素樹脂を含むことが好ましい。フッ素樹脂は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン―ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン―エチレン共重合体）などを適用することができる。特に耐熱性や撥水性の観点から、皮膜４１を構成するフッ素樹脂材料にはＰＴＦＥが好適である。
【００２９】
また、皮膜４１を構成する材料は、フッ素樹脂に加えて金属粉末が混合された混合体からなる材料であるのが好ましい。金属粉末には、例えばニッケル金属粉末を適用するのが好ましい。ニッケル金属粉末は、耐食性、耐熱性に加え、フッ素樹脂との相互作用の点で皮膜４１の材料に適しているためである。
【００３０】
皮膜４１は、金属粉末を２０体積％以上８０体積％以下含み、残部をフッ素樹脂で構成することが好ましい。皮膜４１の混合体材料における金属粉末の割合を２０体積％以上とすることで、対磨耗特性や寸法安定性を十分に得ることができる。また、皮膜４１の材料における金属粉末の割合を８０体積％以下とすることで、撥水性の低下および皮膜４１の密着強度の低下を抑制し、剥がれなどの現象を防止して実用的な皮膜４１を形成することができる。
【００３１】
さらに、伸長管３２の皮膜４１は、純水に対する接触角が９０度以上であることが好ましい。ここで、図３は、純水に対する接触角の定義を説明するための図である。接触角は、液滴の接線と皮膜表面とのなす角度θで定義される。具体的には、接触角は以下の式により定義される値である。なお、上記式におけるｈは液滴の高さ、２ｒは図３中における皮膜表面に接する液滴の辺の長さを表わす。  
［数１］
θ＝２ｔａｎ−１（ｈ／ｒ）
【００３２】
皮膜４１の純水に対する接触角を９０度以上としたのは、乾燥固化した廃液の固形分の付着抑制効果を得るのに好適な値であるためである。
【００３３】
次に、本実施形態における遠心式薄膜乾燥機１の乾燥処理運転時における作用について説明する。
【００３４】
原子力発電プラントの稼動中に生成され、図示しない廃液貯蔵タンクに貯蔵された放射性廃液は、廃液入口１６から一定流量で伝熱胴１１内部に供給される。このとき、回転シャフト１９は図示しない駆動モータによって回転している。また、伝熱胴１１は、加熱ジャケット１２への蒸気供給により例えば１７０度に加熱されている。
【００３５】
本実施形態において遠心式薄膜乾燥機１に供給される放射性廃液は、例えば、ホウ酸廃液を水酸化ナトリウムで中和して生成したホウ酸ナトリウム系水溶液である。なお、本実施形態における遠心式薄膜乾燥機１に供給される放射性廃液は、ホウ酸ナトリウムを主成分とする廃液に限らず、他の溶解性および不溶解性を持った成分を主成分とするものであっても適用可能である。
【００３６】
伝熱胴１１内部に導かれた放射性廃液は、回転シャフト１９の上部位置であって、廃液入口１６の近傍に設けられた分散環２１に付着し、遠心力によって伝熱面１５に分散される。
【００３７】
伝熱面１５に飛散した放射性廃液は、重力によって伝熱面１５を流下する。このため、伝熱面１５には、放射性廃液の薄膜が形成される。薄膜状に形成された放射性廃液は、加熱蒸気入口１３から供給され、伝熱胴１１の外側に設けられた加熱ジャケット１２を流れる蒸気によって加熱される。放射性廃液は、揮発成分の蒸発により濃縮されながら重力によってさらに流下する。
【００３８】
放射性廃液由来の蒸発蒸気は、蒸発蒸気出口１７から排出され、図示しない蒸発蒸気処理装置によって処理される。また、蒸発蒸気により発生するドレンは、蒸発ドレン排出口１４から排出される。
【００３９】
回転シャフト１９に取り付けられた回転ブレード２０の先端部は、伝熱胴１１とわずかな間隙（例えば０．５ｍｍ程度）を有して回転する。伝熱胴１１に薄膜状に付着した放射性廃液は、回転ブレード２０の先端部により掻き落とされて乾燥粉体となり、遠心式薄膜乾燥機１内を降下して廃液乾燥粉体排出口１８から排出される。
【００４０】
ここで、遠心式薄膜乾燥機においては、蒸気により加熱された伝熱胴の温度上昇に伴い、廃液入口を構成する給液用配管までもが温度上昇される。また、廃液が伝熱胴に供給される前に、廃液が給液用配管の熱により配管内で乾燥固化してしまうという現象が発生する。これに伴い、給液用配管内部は乾燥固化した廃液により閉塞され、十分な流量の廃液を伝熱胴内部に供給することができない。ひいては、遠心式薄膜乾燥機の乾燥効率の低下につながる。
【００４１】
これに対し、本実施形態における遠心式薄膜乾燥機１は、上述した問題点の発生を防止するため、廃液入口１６を構成する廃液入口管台３１に内挿された伸長管３２の内表面に皮膜処理を施し、供給された放射性廃棄物が給液用配管内に凝結物として付着することを好適に抑制し、廃液を効率よく伝熱胴１１内部へ供給することができる。
【００４２】
ここで、廃液入口１６として廃液入口管台３１に内挿された伸長管３２の内表面に皮膜処理を施したことによる廃液の付着抑制効果を確認するため、フッ素樹脂としてのＰＴＦＥと金属粉末としてのニッケル金属粉末の混合体からなる材料を下記表１の割合および膜厚を用いて伸長管３２の内表面に皮膜処理を施して試験を行った。なお、各実施例および比較例においては、廃液としてホウ酸ナトリウム系水溶液を用いた。また、各実施例および比較例においては、遠心式薄膜乾燥機１は８時間の連続運転を行った。
【表１】
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【００４３】
この結果、比較例１〜４に示す混合体の体積比および膜厚を用いた遠心式薄膜乾燥機１の伸長管３２においては、廃液の乾燥固化による閉塞が見られた。これに対し、実施例１〜５に示す混合体の体積比および膜厚を用いた遠心式薄膜乾燥機１の伸長管３２においては、廃液の乾燥固化による閉塞は見られず、良好な乾燥処理を行うことができた。
【００４４】
すなわち、皮膜４１の混合体材料は、ニッケル金属粉末（金属粉末）を２０体積％以上８０体積％以下含み、残部をＰＴＦＥ（フッ素樹脂）で構成することが好ましい。さらに、皮膜４１は、膜厚が１μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましい。上述のように皮膜４１を構成することで、供給用配管内の乾燥固化を好適に抑制することができた。
【００４５】
この遠心式薄膜乾燥機１によれば、遠心式薄膜乾燥機１に廃液を供給する廃液入口１６を構成する給液用配管内表面に撥水性の皮膜を形成することにより、廃液入口１６の温度上昇に伴う廃液の乾燥固化を好適に抑制することができる。このため、遠心式薄膜乾燥機１は、乾燥効率を低下させることなく、好適に廃液の乾燥処理を行うことができる。
【００４６】
また、配管に対する皮膜４１の形成により閉塞を抑制することができ、廃液の改質や給液用配管の形状変更などに比べて簡便に効率よく効果を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態における遠心式薄膜乾燥機１は、廃液入口１６の給液用配管（廃液入口管台３１）内側に廃液の特性に応じて取り替え可能な伸長管３２を内挿することで二重の配管を構成し、この伸長管３２の内表面に皮膜４１を形成する例を説明した。しかし、皮膜４１が形成される配管は伸長管３２に限らず、伸長管３２を有しない単管で構成された給液用配管の場合にはその給液用配管の内表面に皮膜を形成してもよい。
【００４８】
また、上記伸長管３２を内挿する場合において、伸長管３２の内表面に限らず、伸長管３２の外表面、廃液入口管台３１の内表面に皮膜４１を形成することによって、伸長管３２から回り込んだ廃液の廃液入口管台３１への付着、堆積を防止することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  遠心式薄膜乾燥機
１１  伝熱胴
１２  加熱ジャケット
１３  加熱蒸気入口
１４  蒸発ドレン排出口
１５  伝熱面
１６  廃液入口
１７  蒸発蒸気出口
１８  廃液乾燥粉体排出口
１９  回転シャフト
２０  回転ブレード
２１  分散環
２２  回転ブレード取付座
３１  廃液入口管台
３１ａ  入口管台フランジ部
３２  伸長管
３２ａ  伸長管フランジ部
３２ｂ  端部
３３  外部配管
３３ａ  外部配管フランジ部
３５  ボルト
３６  ナット
４１  皮膜
【図１】
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【図２】
2011033241.tif 000005
【図３】
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