(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理される流動体の入口（８）と、濃縮した流動体の出口（１３）と、透過液の排出口（１５）とを有する細長いハウジング（２）を備え、複数の管（１７）が前記ハウジング（２）を貫通して延び、各管（１７）が、処理される流動体の少なくとも一成分が透過できる壁を有し、したがって透過液が前記壁を通過して、ハウジング（２）で規定された共通チャンバに入り、前記排出口（１５）を通って排出され、流路手段（２６、２８）が管（１７）の各端部に設けられ、流路手段（２６、２８）が、管（１７）と連絡して、流動体を管（１７）を通って少なくとも３本の連続的な通路に沿って送るように配置され、各通路はグループの管（１７）を通るようになされ、前記通路のうち第一の通路内の流動体の量が、前記通路のうち最終通路内の流動体の量より大きくなるような配置構成になっており、各通路内の管の数が、管内の所望の流れの速度を維持するために各グループの管（１７）に供給される流動体の量に従って減少し、ハウジングの各端部にマニホルド部材（７、１１）が設けられ、各マニホルド部材（７、１１）が、管（１７）の端部に隣接する表面を有し、前記表面に流路手段（２６、２８）が形成され、複数の前記管（１７）と連絡し、各マニホルド部材（７、１１）が、輪郭の異なる流路手段（２６、２８）を有するマニホルド部材（７、１１）と交換し、それによって各グループの管（１７）の数を変更できるように、取り外し可能に取り付けられる、流動体の濾過装置。
【請求項２】
流路手段（２６、２８）が、連続した少なくとも７本の通路に沿って流動体を送るように配置される請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
流路手段（２６、２８）が、連続した１１本の通路に沿って流動体を送るように配置される請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。
【請求項４】
流動体の第一通路が、前記入口（８）から流動体を受けるように配置された第一グループの管（１７）を通り、流動体の中間通路が、中間グループの管を通り、流動体の最終通路が、流動体を前記出口（１３）に向かって送るように配置された最終グループの管を通る請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項５】
各管（１７）がほぼ同じ直径を有し、第一グループの管の数が、最終グループの管の数より多い請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
請求の範囲第４項に従属するとき、前記中間グループの管（１７）の管（１７）の数が、第一グループの管（１７）の数より少なく、最終グループの管（１７）の数より大きくて、中間グループの管（１７）を通過する流動体の体積が、第一グループの管（１７）を通過する流動体の体積より小さく、最終グループの管（１７）を通過する流動体の体積より大きい請求の範囲第５項に記載の装置。
【請求項７】
ハウジング（２）の入口端にあるマニホルド部材（７）に入口（８）が設けられ、ハウジング（２）の出口端にある他方のマニホルド部材（１１）に出口（１３）が設けられる請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
入口（８）が、第一通路を形成するグループの管（１７）の端部を取り囲む流路手段（２６）と連絡し、前記入口端にある残りの流路手段（２６）がそれぞれ、２本の連続した通路を形成する２グループの管（１７）の端部を取り囲む請求の範囲第７項に記載の装置。
【請求項９】
出口（１３）が、最終通路を形成するグループの管（１７）の端部を取り囲む流路手段（２８）と連絡し、前記出口端にある残りの流路手段（２８）がそれぞれ、２本の連続した通路を形成する２グループの管（１７）の端部を取り囲む請求の範囲第８項に記載の装置。
【請求項１０】
ハウジング（２）が各端部に端板（４、５）を有する円筒型の外殻を備え、前記端板（４、５）のぞれぞれに管（１７）の個々の端部を受けるための複数の通り穴が設けられ、各マニホルド部材（７、１１）が、前記外殻から遠い方の側で個々の端板（４、５）に取り付けられる請求の範囲第１項から第９項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
流路（２６、２８）の少なくとも一部と連絡するように、マニホルド部材（７、１１）に圧力測定手段（３９）を設ける請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
管（１７）が、六角形の配列を形成する列の形で配置される請求の範囲第１項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
管（１７）が、フレーム構造（２２）によって支持され、フレーム構造（２２）は、間隔をあけてハウジング（２）に取り付けられて前記管（１７）に対して横方向に延びる複数の板（２３）を備える請求の範囲第１項から第１２項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
フレーム構造（２２）がさらに、板（２３）の間に延びて管（１７）の少なくとも一部を囲む複数の有孔支持円筒（２５）を備える請求の範囲第１３項に記載の装置。
【請求項１５】
管（１７）の内面にプレコート材料を塗布する請求の範囲第１項から第１４項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
プレコート材料がＵ3Ｏ8を含む請求の範囲第１５項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は流動体を濾過する装置に関する。詳細には、本発明は複数の薄膜管を含み、各薄膜管に、処理される流動体の少なくとも一成分が透過することができる壁があるタイプの、直交流式濾過装置に関する。
放射性汚泥の脱水用のタイプのフィルタについては、英国特許第2180775号に記載されている。このフィルタは、２グループに配列された複数の平行な薄膜管を囲むハウジングを備え、各グループは同数の管を含む。使用に際しては、処理される汚泥が一方のグループの管を通過し、次にその流れが反転して、汚泥が他方のグループの管を通過して戻り、フィルタから排出される。水分の一部が管の壁を通過してハウジングに移るので、排出される汚泥は流入した汚泥より濃度が高くなる。
この既知のフィルタの配置構成の欠点は、汚泥から除去できる透過液の量が制限されることである。
本発明によると、流動体を濾過する装置が提供され、この装置は、処理される流動体の入口と、濃縮した流動体の出口と、透過液の排出口とを有する細長いハウジングを備え、複数の平行な管が前記ハウジングを貫通して延び、各管は処理される流動体の少なくとも一成分が透過できる壁を有し、したがって透過液は前記壁を通過して、前記ハウジングによって規定された共通チャンバに入り、前記排出口を通って排出される。流路手段が管の各端に設けられ、この流路手段は管と連絡して、流動体を管を通って少なくとも３本の連続した通路に沿って送り、前記通路の第一通路の流動体の量が前記通路の最終通路の流動体の量より大きくなるような配置構成になっている。
流動体が少なくとも７本の連続する通路に沿って流れるように、流路を配置することができる。本発明の一実施例では、流動体が１１本の連続する通路に沿って流れるように流路を配置することができる。
流動体の第一通路は、前記入口から流動体を受けるように配置された第一グループの管を通り、流動体の中間通路は、中間グループの管を通り、流動体の最終通路は、流動体を前記出口に向けて送るように配置された最終グループの管を通ることが望ましい。
好ましい実施例では、各管はほぼ同じ内径を有し、第一グループの管の数は最終グループの管の数より多い。
前記中間グループの管の管数は、第一グループの管数より少なく、最終グループの管数より大きくて、中間グループの管を通過する流動体の量は第一グループの管を通過する流動体の量より少なく、最終グループの管を通過する流動体の量より多いことが好ましい。
ハウジングの各端にマニホルド部材が設けられ、各マニホルド部材は表面が管の端部に隣接し、前記表面内に流路手段が形成され、複数の前記管と連絡する。
好ましい配置では、ハウジングの入口端にあるマニホルド部材に入口が設けられ、ハウジングの出口端にある他方のマニホルド部材に出口が設けられる。
入口は、第一通路を形成する管のグループの端部を取り囲む流路手段と連絡し、前記入口端にある残りの流路手段はそれぞれ、２本の連続的な通路を形成する２グループの管の端を取り囲むと有利である。
出口は、最終通路を形成する管のグループの端を取り囲む流路手段と連絡し、前記出口端にある残りの流路手段はそれぞれ、２本の連続した通路を形成する２グループの管の端を取り囲むことができる。
ハウジングは、各端に端板を有する円筒形の外殻を備え、管の個々の端を受けるために前記端板のそれぞれに複数の通り穴が設けられ、各マニホルド部材が、前記外殻から遠い方の側で個々の端板に取り付けられることが好ましい。
各マニホルド部材は、輪郭の異なる流路手段を有するマニホルド部材と交換し、それによって各グループの管の部材を変更できるよう、取り外し可能な状態で取り付けると有利である。
流路の少なくとも一部と連絡するように、マニホルド部材に圧力測定手段を設けることができる。
管は、六角形の配列を形成する列の形で配置することができる。
管は、間隔をあけてハウジングに取り付けられて管に対して横方向に延びる複数の板を備えるフレーム構造によって支持されることが好ましい。フレーム構造は、さらに、板の間に延びて管の少なくとも一部を囲む有孔支持円筒を備えることができる。
管の内面にプレコート材料を塗布することが好ましく、プレコート材料はＵ3Ｏ8を含むことができる。
次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照し、例を用いてさらに述べる。
第１図は、本発明の実施例である直交流式濾過装置の縦方向の断面図を示す。
第２図は、第１図の線II-IIで切り取った横断端面図を示す。
第３図および第４図は、それぞれ、本発明の一つの実施例による、第４図の線III-IIIの断面図と、第１図および第２図で示した濾過装置の入口マニホルドの立面図を示す。
第５図および第６図は、それぞれ、本発明の前記１実施例による、第１図および第２図に図示した濾過装置の出口マニホルドの立面図、および第５図の線VI-VIの断面図を示す。
第７図は、第５図および第６図の出口マニホルドの流動体分流路を備えた、第３図および第４図に図示した入口マニホルドを示す。
第８図および第９図は、それぞれ、本発明の別の実施例による、第９図の線VIII-VIIIの断面図と、第１図および第２図で示した濾過装置の入口マニホルドの立面図を示す。
第１０図および第１１図は、それぞれ、本発明の前記別の実施例による濾過装置の出口マニホルドの立面図、および第１０図の線XI-XIの断面図を示す。
第１２図は、第１０図および第１１図の出口マニホルドの流動体分流路を備えた、第８図および第９図に図示した入口マニホルドを示す。
第１図を参照すると、流動体を処理する直交流式濾過装置が図示されている。濾過装置は、核燃料ペレットの粉砕装置から排出されたスラリの脱水に特に適しているが、それ専用ではなく、濾過装置１から得た透過液は、冷却液として働くために粉砕装置にリサイクルされる。このようなシステムについては、当出願人が出願したヨーロッパ特許出願第0469764号に記載されている。
装置１は、ステンレス鋼の円筒形ハウジング２を含み、これは、縦軸が水平に配置されてハウジングに溶接された２本の支持体３に取り付けられた円筒形の外殻を備える。ハウジング２の入口端には端板４が設けられ、ハウジング２の出口端には端板５が設けられる。１０組の等角度間隔のナットとボルトのアセンブリ６で端板４に取り付けられるのは、入口マニホルド７である。処理されるスラリは、入口マニホルド７から延びる入口パイプ８を通って濾過装置１に入る。スラリ供給パイプに接続するため、入口パイプ８上に入口フランジ９が設けられる。入口マニホルド７と端板４との間にガスケットシール１０が締め付けられる。
出口マニホルド１１は、１０組の等角度間隔のナットとボルトのアセンブリ６で端板５に接続され、ガスケットシール１２が、マニホルドと端板との間に締め付けられる。濃縮されたスラリは、出口マニホルド１１から延びる出口パイプ１３を通って濾過装置１から排出される。スラリ排出パイプに接続するため、出口パイプ１３の端部に出口フランジ１４が設けられる。
ハウジング２の上側に沿って中間に配置されるのは、透過液がハウジングから出るための出口ダクト１５であり、ハウジングの下側には、出口ダクト１５と半径方向反対側に排液出口１６がある。
端板４、５には複数の通り穴が設けられ、各通り穴は薄膜管１７の端部に取り付けられる。装置の入口端にある薄膜管１７の各端部には、Ｏリング１９によって通り穴を密封する座１８が設けられる。同様に、装置の出口端部にある薄膜管１７の各端部には、Ｏリング１９によって通り穴を密封する座２０が設けられる。座２０はそれぞれ、その外側端に肩２１が設けられ、それを通り穴の直径が拡大した部分が受けて、軸方向の管１７の位置を決める。管１７はすべて同じ内径を有し、それぞれを焼結ステンレス鋼で形成することが好ましく、内面にプレコート材料を１層塗布する。
第２図に図示するように、管１７は六角形の配列で６１本配置するのが好ましい。話を明瞭にするために、この図では管を１３本しか図示しなかったが、実際には点線の各交点に管１７が設けられる。したがって、管１７が水平に９段あり、各段の管の数は上段から下段まで連続的に５、６、７、８、９、８、７、６、５となる。
管１７は、組み立てた支持フレーム２２によって円筒形のハウジング２内に支持される。フレーム２２は、間隔をあけてハウジング２の内面に溶接された横方向の複数の六角形の板２３を備える。板２３には穴２４があけられ、管１７が通過できるようになっている。管１７を囲む有孔支持シリンダ２５を受けるよう、穴２４の一部、通常は６個の直径が大きくなっている。各管１７の中間位置に配置されたアダプタ３６は、管を支持するようシリンダ２５にぴったり囲まれている。
端板４内で支持される管１７の端部は、入口マニホルド７の端面に機械加工された通路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆと連絡する。第３図および第４図に見えるように、通路２６ａは、入口マニホルド７内に形成された入口穴２７によって入口パイプ８と連絡する。好ましい実施例には６本の通路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆがあり、それぞれが、選択されたグループの管１７の端部を取り囲み、それと連絡するような輪郭になっている。管の中心を十字で示す。したがって、通路２６ａは７本の管と連絡し、通路２６ｂは１４本の管と、通路２６ｃは１２本の管と、通路２６ｄは１０本の管と、通路２６ｅおよび２６ｆはそれぞれ８本の管と連絡する。この特定の配置構成では、管１７のうち２本が使用されない。
第５図および第６図を参照すると、出口マニホルド１１が同様の輪郭で、６本の通路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆを有する。通路２８ｆは、出口マニホルド１１内に形成された出口穴２９によって、出口パイプ１３と連絡する。通路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆはそれぞれ、選択されたグループの管１７の端部にまたがってそれと連絡するような輪郭になり、管の中心は十字で示される。したがって、通路２８ａおよび２８ｂはそれぞれ１４本の管と連絡し、２８ｃは１２本の管と、通路２８ｄは１０本の管と、通路２８ｅおよび２８ｆはそれぞれ８本の管と連絡する。
第７図は、点線で図示された出口マニホルド１１の通路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆを重ねた入口マニホルド７の図を示す。入口および出口マニホルド７、１１のそれぞれの通路は共同して、一連の１１本の通路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１内にある連続的な管１７のグループを通して処理液を誘導する。
この装置を使用する前に、管１７の内面に透過可能なコーティングを形成するよう、濾過装置１を通して粒子状物質の原材料をポンプで汲み出す。プレコート材料は、処理液に適するよう選択し、これは管の急速な閉塞を阻止する働きをする。二酸化ウラン燃料ペレットを処理する粉砕機から排出されるスラリを脱水するのに適したプレコート材料は、粒子状のＵ3Ｏ8である。
管にＵ3Ｏ8を塗布した後、粉砕作業で生じたスラリをポンプで、通常は０．９ｂａｒの圧力、５０〜６０リットル／分の流量で入口パイプ８に供給する。スラリは入口マニホルド７の入口穴２７を通過して通路２６ａに入る。通路２６ａからスラリは、通路２６ａの境界線に囲まれた７本の管１７で構成された第一グループに沿って第一通路Ｐ１を形成するよう（第７図参照）分配される。この７本の管１７で構成された第一グループの出口端で、スラリは出口マニホルド１１の通路２８ａによって７本の管１７で構成された第２グループに向かい、これに沿ってスラリは第二の通路Ｐ２を形成しながら入口端に戻る。スラリは第二通路Ｐ２を形成した後、入口マニホルド７内の通路２６ｂに受けられ、さらに７本の管１７のグループに向かい、出口マニホルド１１に向かう第３通路Ｐ３を形成する。スラリは、連続的な管１７のグループに沿った一連の前後方向の通路Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０、およびＰ１１をさらに形成し続ける。１１本の通路を終了した後、濃縮したスラリは出口マニホルド１１内の通路２８ｆから出口穴２９を通って出口パイプ１３に排出される。連続する各グループの管の数は、入口および出口マニホルド７、１１内の関連する通路の境界線によって決定される。したがって、通路Ｐ４では第４グループが７本の管を含み、通路Ｐ５、Ｐ６、およびＰ７では各グループに管が５本あり、通路Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０およびＰ１１では各グループに管が４本ある。
各通路で、スラリからの水分の一部は透過可能な管２の壁を通過し、ハウジング２によって規定された共通チャンバに入り、出口ダクト１５を通して排出される。第一通路Ｐ１の１１本という管１７の数を最終通路Ｐ１１では管４本に減少させると、結果としてスラリの体積が減少する。スラリが、それぞれ５本の管のグループを含む通路Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７を通過するにつれ、スラリの体積が中間で減少される。したがって、これらの中間グループの管のいずれかを通過するスラリの体積は、通路Ｐ１を形成する管のグループを通過するスラリの体積より小さく、通路Ｐ１１を形成する管のグループを通過するスラリの体積より大きい。これによって、必要なスラリの速度が維持され、管１７の内面に粒子が蓄積しないことが保証される。出口ダクト１５を通る透過液の流量は、一般に２０〜３０リットル／分で、圧力は通常は大気圧である。適宜、クリーンな透過液は燃料ペレット粉砕機に再循環させ、粉砕車の冷却液として使用することができる。
上記から、透過液の生成量は、流入する原材料スラリの５０％程度であることが明白で、これはこのタイプのこれと同等の従来型フィルタで生成される一般的な量よりはるかに多い。一つのハウジング内に配置された連続的な管のグループを通してスラリが複数回通過することにより、装置を非常にコンパクトな構造に形成することができる。これによって、装置の単位容積あたりの透過液の生成量が大きいという利点が得られる。たとえば、ハウジング２が５０リットルの範囲の容積の場合、２０リットル／分という透過液生成量が得られる。
装置の第一通路と最終通路との間のスラリの量を減少させることで、管を通過するスラリの所望の速度が維持される。この速度は、適切な濾過を維持する一方、管の内面への粒子の蓄積を防止するような速度である。したがって、スラリの速度を抑え、その結果として圧力低下を小さくすることによって、満足できる濾過効率が達成される。
入口マニホルドおよび出口マニホルド７、１１を取り外し、通路の輪郭が異なる入口および出口マニホルドと交換することによって、通路の数および各通路の管数を容易に変更できることが理解される。各通路の管数の変更は、盲プラグ（blanking plug）取り付けたダミー管を使用することによって達成される。これによって、様々な動作条件に適するよう装置を適応させることができる。
濾過装置を通して７本のスラリの通路を提供するよう設計された代替入口および出口マニホルドを、第８図、第９図、第１０図および第１１図に示す。第８図および第９図を参照すると、入口パイプ８および入口フランジ９を有する入口マニホルド３０が図示されている。入口パイプは、入口穴３２によって通路３１ａと連絡する。通路３１ａの輪郭は、ハウジング２に取り付けられた時に、中心を十字で指示した９本の管１７を取り囲んで、それと連絡するよう切られている。別の通路３１ｂは１８本の管１７を取り囲むような輪郭で、別の通路３１ｃおよび３１ｄはそれぞれ、１４本の管１７を取り囲むような輪郭である。この特定の用途では、ハウジング２に取り付けられた管のうち６本は使用しない。
対応する出口マニホルド３３を、第１０図および第１１図に示す。出口マニホルド３３には、出口フランジ１４に取り付けられた出口パイプ１３が設けられている。４本の通路３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄが、マニホルドの端面に機械加工される。通路３４ａは、出口３３をハウジング２に取り付けた時に、１８本の管１７を取り囲む輪郭で、通路３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、それぞれ１６、１４および７本の管を取り囲む。出口穴３５が、通路３４ｄと出口パイプ１３との間の連絡をとる。
入口および出口マニホルド３０、３３は共同し、第１２図に図示するように、管１７を通るスラリの７本の通路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７を提供する。説明するため、破線で図示した通路３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを、入口マニホルド３０の通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに重ねる。処理されるスラリは入口パイプ８を通過して、入口３２によって通路３１ａに入る。スラリは、通路３１ａから、通路３１ａで区切られる９本の管１７に分配される。スラリは、第一通路Ｐ１内の９本の管１７で構成されたこの第一グループを通って流れて、出口マニホルド３３に向かう。この第一グループの管１７の出口端で、スラリは、出口マニホルド３３の通路３４ａによって、９本の管１７で構成された第２グループに向かい、スラリはこれに沿って第二通路Ｐ２内を戻る。第二通路Ｐ２を終了した後、スラリは、入口マニホルド３０の通路３１ｂに受けられ、この通路によって９本の管１７で構成される別のグループに向かい、出口マニホルド３３に向かい第３通路Ｐ３を形成する。
スラリは、入口および出口マニホルド３０、３３内に設けられた通路によって方向指示された通り、連続的な管１７のグループに沿った一連の前後方向の通路Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７をさらに形成し続ける。通路Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７には、各グループに管１７が７本ずつあり、スラリの体積は、通路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を形成するスラリの体積より小さい。各通路で、スラリからの透過液は管１７の透過可能な壁を通って流れ、ハウジング２で規定される共通チャンバに入り、出口ダクト１５を通る透過液として流れ出す。
逆方向の流れが生じる入口および出口マニホルドの各通路には、ねじ穴３７が設けられ、これは盲プラグ３８を取り付けた状態で図示されている（第１図参照）。盲プラグ３８を取り外すと、各穴３７に圧力ゲージ３９を取り付けることができ、圧力ゲージは１個のみ図示してある。圧力ゲージを使用して、反対方向の流れの圧力を測定することができる。圧力ゲージからの信号を制御位置に伝送し、そこでシステムの圧力を表示して、通路ごとの圧力損失プロフィールを生成することができる。したがって、現在の濾過状況を評価して、フィルタを通る流れの速度が必要に応じて徐々に落ちるのを確認することができる。作業中に圧力を測定すると、最適な流速分布が得られるようオンラインチューニング調節に役立つ。
全フィルタ管１７からの透過液は、ハウジング２で規定された共通チャンバ内に排出されるので、管はすべて、管の壁の内外の圧力差が異なる状態で作動し、都合が良いことが分かる。
各通路のフィルタ管１７の数は、管内で所望の流速を維持しながら、管の入口および出口の速度に必要な平均値が達成できるよう選択する。したがって、グループ内のフィルタ管の数は、グループに供給される流動体の体積に従って減少する。流動体の所望の流速とは、フィルタ管内に固体が蓄積せず、固体はすべてフィルタ出口を通過するような速度である。これによって、フィルタ管の詰まりが回避される。濾過プロセスの後に沈殿段階を設けて固体を回収し、さらに処理することができる。
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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