DE60224331T2

DE60224331T2 - Vorrichtung zum Homogenisieren von Pulver, deren Verwendung und ein Verfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE60224331T2
Application number: DE60224331T
Authority: DE
Inventors: Gerard Bertolotti; Christian Orange
Original assignee: Areva NC SA; Compagnie Generale des Matieres Nucleaires SA
Current assignee: Orano Cycle SA
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: DE60224331D1; RU2291741C2; JP2003098292A; US20030030194A1; EP1277513A1; FR2827524B1; US6803017B2; FR2827524A1; EP1277513B1; JP4711594B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Pulver, deren Verwendung sowie ein Homogenisierungsverfahren, bei dem eine solche Vorrichtung verwandt wird.
In spezifischer Weise, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Erfindung eine Pulverhomogenisierungsvorrichtung, die speziell für ein Wärme freisetzendes schädliches Pulver, insbesondere ein radioaktives Pulver, wie Plutoniumoxid oder weiterhin insbesondere Plutoniumdioxid (PuO₂) geeignet ist.
Eine solche Homogenisierungsvorrichtung muß sowohl die Einschränkungen hinsichtlich Homogenität, Korngröße und isotopischer Zusammensetzung des Pulvers berücksichtigen und gleichzeitig die Bildung von Absonderungen vermeiden sowie die mit dem schädlichen Pulver und dessen Mischen oder Umrühren verbundene erzeugte Wärme abführen.
Eine solche Vorrichtung ist aus dem Dokument FR-A-2 094 283 bekannt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, eine Vorrichtung zum Homogenisieren eines schädlichen Pulvers zu liefern, die in eine Aufbereitungsstraße zwischen einer stromaufwärtigen Vorrichtung in Richtung einer stromabwärtigen Vorrichtung integriert werden kann und dabei auch ermöglicht, das Pulver zu der stromabwärtigen Vorrichtung abzuführen und gleichzeitig die Menge des Pulvers von der Homogenisierungsvorrichtung zu der stromabwärtigen Vorrichtung zu kontrollieren und zu regulieren.
Die bis heute vorgeschlagenen Vorrichtungen zum Homogenisieren von Pulver ermöglichen nicht, all diese Bedingungen effizient zu erfüllen.
Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Pulver vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgendes umfaßt:

– einen zylindrischen Körper mit kreisförmigem Querschnitt und im wesentlichen horizontaler Längsachse, der dicht ist und einen zylindrischen Mantel aufweist, der an seinen Enden durch zwei scheibenförmige Flansche verschlossen ist, wobei der Körper mit wenigstens einer Einfüllöffnung, die sich im oberen Teil des Körpers befindet, und mit wenigstens einer Entleerungsöffnung, die im Boden des Körpers ausmündet, versehen ist,
– eine Einheit aus zylindrischen Trommeln mit kreisförmigem Querschnitt, die innerhalb des Körpers, mit dem sie koaxial ist, angeordnet und dicht ist, wobei die Einheit aus Trommeln eine innere Trommel und eine äußere Trommel aufweist, die jeweils mit einer zylindrischen Wand versehen sind, die an ihren Enden durch zwei scheibenförmige Wände verschlossen ist, wobei die Außenseite der zylindrischen Wand der äußeren Trommel mit Schaufeln bedeckt ist, die ermöglichen, das Pulver, das in dem ringförmigen Raum, der zwischen der zylindrischen Wand der äußeren Trommel und dem Mantel des Körpers gebildet ist, enthalten ist, zu homogenisieren, wobei zwischen der inneren und der äußeren Trommel ein Rotationsraum gebildet wird,
– eine Welle, die entlang der Längsachse durch den zylindrischen Körper angeordnet und dabei im Bereich eines jeden Flanschs an einem Lager angebracht ist, und an der die Einheit aus zylindrischen Trommeln fest angebracht ist, wobei die Welle einen ersten Endabschnitt, der mit einem ersten inneren Längskanal versehen ist, sowie einen zweiten Endabschnitt aufweist, der mit einem zweiten inneren Längskanal versehen ist, wobei der erste Kanal außerhalb des Körpers mit einem System zum Zuführen gekühlter Luft verbunden ist, und wobei der erste Endabschnitt innerhalb des Körpers mit wenigstens einer Versorgungsöffnung zum Zuführen der gekühlten Luft in den Rotationsraum von dem ersten Kanal aus versehen ist, wobei der zweite Endabschnitt innerhalb des Körpers mit wenigstens einer Abführöffnung versehen ist, durch die zwischen dem Rotationsraum und dem zweiten Kanal eine Fluidverbindung hergestellt wird, und wobei der zweite Kanal außerhalb des Körpers mit einem System zum Abführen der Luft für das Austreten der Luft aus dem Rotationsraum verbunden ist, wobei jedes Lager mit einem Abdichtsystem ausgestattet ist, und
– Antriebsmittel, welche die Welle in Drehung versetzen.

Man versteht, daß diese Lösung ein inneres System zum Kühlen der Homogenisierungsvorrichtung und des darin enthaltenen Pulvers verwendet. Man versteht auch, daß diese Lösung ermöglicht, die Homogenisierung des Pulvers, das in dem zwischen der zylindrischen Wand der beweglichen Außentrommel und dem Mantel des feststehenden Körpers gebildeten ringförmigen Raum enthalten ist, durch Mischen zu vollziehen. Denn die Kühlung des Pulvers wird durch das Vorhandensein kalter Luft innerhalb des zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Rotationsraumes ermöglicht, wodurch eine große Wärmeaustauschfläche (die gesamte Fläche der zylindrischen Wand der äußeren Trommel) zwischen der kalten Luft und dem Pulver erzeugt wird.
Im Folgenden wird unter dem Ausdruck „axiale Hälfte" der inneren Trommel oder der äußeren Trommel der eine der zwei Teile (oder erste halbe Längstrommel) dieser Trommel verstanden, der durch eine zur Längs- oder Axialrichtung (X, X') der Trommel orthogonale Querebene von dem anderen Teil (oder zweite halbe Längstrommel) getrennt ist, wobei diese Querebene in der Hälfte der Länge der betreffenden Trommel gelegen ist. In den 1 und 2 ist diese Querebene diejenige, welche durch die Achsen (Y, Y') und (Z, Z') verläuft.
Vorzugsweise sind die genannten Schaufeln schraubenförmig ausgebildet und bilden zwischen jeder axialen Hälfte der äußeren Trommel eine umgekehrte Steigung.
Ebenfalls vorzugsweise ist die zylindrische Wand jeder axialen Hälfte der äußeren Trommel an ihrer Außenseite mit einer inneren schraubenförmigen Schaufel, die an der genannten Außenseite entlang der gesamten axialen Hälfte angebracht ist, sowie mit einer äußeren schraubenförmigen Schaufel bedeckt, die entlang der gesamten axialen Hälfte von der Außenseite beabstandet ist, wobei die innere und die äußere Schaufel über jede axiale Hälfte der zylindrischen Wand untereinander eine umgekehrte Steigung aufweisen.
Um den Wärmeaustausch im Inneren der Homogenisierungsvorrichtung weiter zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzte Raum mit Rippen ausgestattet ist.
Um die Leistungen des Kühlens des Pulvers durch die Homogenisierungsvorrichtung zu verbessern, ist nach einer sehr vorteilhaften Lösung vorgesehen, daß der Mantel wenigstens in seinem unteren Teil von einer dichten doppelwandigen Hülle gebildet ist, in der gekühlte Luft, die von einem System zum Zuführen gekühlter Luft stammt, zirkulieren kann.
So wird verständlich, daß durch diese Anordnung zu dem inneren Kühlsystem ein äußeres Kühlsystem hinzukommt, das außerhalb des das Pulver enthaltenen ringförmigen Raumes gelegen ist.
Um die Wärmeaustauschfähigkeiten dieses äußeren Kühlsystems zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Hülle mit Rippen ausgestattet ist, die auf der Seite der oberen Wand der Hülle angeordnet sind, welche der Innenseite der Hülle zugewandt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der Pulverhomogenisierungsvorrichtung der vorgenannten Art, wobei die Vorrichtung in einem Handschuhkasten oder einer Glove-Box angeordnet ist, wobei das Pulver radioaktiv und vorzugsweise von Plutoniumdioxid (PuO₂) gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Homogenisieren und Kühlen eines Pulvers, das eine Pulverhomogenisierungsvorrichtung vorgenannter Art verwendet und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

a) die Entleerungsöffnung wird verschlossen,
b) die Antriebsmittel werden aktiviert, um die Welle und die Trommeleinheit drehanzutreiben,
c) das System zum Zuführen gekühlter Luft wird aktiviert, um den Raum, der zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel abgegrenzt ist, mit gekühlter Luft zu füllen und diese darin zirkulieren zu lassen,
d) die Einfüllöffnung wird geöffnet, um das Eintreten von Pulver in den ringförmigen Raum zwischen der äußeren Trommel und dem Mantel des Körpers zu ermöglichen,
e) die Einfüllöffnung wird geschlossen, wenn die gewünschte Pulvermenge in den ringförmigen Raum eingeführt worden ist,
f) das Homogenisieren wird durch Drehen der Welle und der Trommeleinheit durchgeführt, und
g) die Entleerungsöffnung wird geöffnet, um den ringförmigen Raum nach Abschluß des Homogenisierens zu entleeren.

Weitere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der beiliegenden, lediglich als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel gegebenen Zeichnungen hervorgehen, in denen:
1 eine Längsschnittansicht entlang der Richtung I-I der 2 der Pulverhomogenisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
die 1A und 1B vergrößerte Teilansichten des Details IA bzw. IB der 1 zeigen,
2 eine Querschnittansicht entlang der Richtung II-II der 1 zeigt, und
3 eine Längsschnittansicht ist, welche auf schematische Weise das Kühlprinzip der Pulverhomogenisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in den 1 und 3 zu sehen ist, ist die Homogenisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, in einem Handschuhkasten 12 angeordnet, der einen Raum bildet, welcher die Vorrichtung gegenüber ihrer Umgebung vollständig isoliert. Dieser Handschuhkasten 12 umfaßt jedoch Öffnungen, die nachstehend vorgestellt werden:

– die Öffnung 12a, die im oberen Teil des Handschuhkastens 12 angeordnet ist, ermöglicht, die Homogenisierungsvorrichtung 10 mit einer stromaufwärtigen Vorrichtung zu verbinden,
– die Öffnung 12b, die im unteren Teil des Handschuhkastens 12 angeordnet ist, ermöglicht, die Homogenisierungsvorrichtung 10 mit einer stromabwärtigen Vorrichtung zu verbinden,
– die Öffnung 12c und die Öffnung 12d ermöglichen, den Eingang bzw. den Ausgang des inneren Kühlsystems mit einer Luftversorgung und einer Luftabfuhr zu verbinden,
– die Öffnungen 12e und 12f, die sich am unteren Teil des Handschuhkastens an jedem der Enden in Längsrichtung der Homogenisierungsvorrichtung 10 befinden, ermöglichen das Eintreten bzw. das Austreten von Luft in bzw. aus dem äußeren Kühlsystem, die Öffnung 12g ermöglicht den Durchgang des mechanischen Verbindungssystems zwischen einer umlaufenden Welle und Antriebsmitteln, und
– die Öffnungen 12h und 12i ermöglichen den Durchgang der Steuermittel der verschiedenen Ventile, die das Eintreten bzw. das Austreten von Pulver steuern.

Die Pulverhomogenisierungsvorrichtung 10 umfaßt im wesentlichen einen festen zylindrischen Körper 14, der eine Anordnung oder Einheit 16 aus drehbeweglichen zylindrischen Trommeln sowie eine Welle 18, die entlang der Richtung der Längsachse (XX') des Körpers 14 und der Einheit aus Trommeln 16 angeordnet ist, enthält.
Der Körper 14 besteht aus einem zylindrischen Mantel 14a, der einen zylindrischen Raum mit kreisförmigem Querschnitt begrenzt, welcher durch zwei an den beiden Enden des Mantels 14a angeordnete scheibenförmige Flansche 14b abgedichtet ist.
Die Trommeleinheit 16 ist um die Welle 18, mit der sie fest verbunden ist, zu dem Körper 14 koaxial angeordnet. So durchquert die Welle 18 den Körper 14 in Längsrichtung und ist dabei dank zweier Lager 20, die am vorderen bzw. am hinteren Teil des Körpers 14 an der Außenseite der Flansche 14b angebracht sind (siehe 1A und 1B), gegenüber diesem Körper 14 drehbar angebracht.
Die Trommeleinheit 16, die innerhalb des Körpers 14 angeordnet ist, besteht aus einer äußeren Trommel und aus einer inneren Trommel, die um die Achse (X, X') zueinander koaxial sind und die an der Welle 18 fest angebracht sind.
Die äußere Trommel besteht aus einer zylindrischen Wand 16a, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Mantels 14a ist, und aus zwei scheibenförmigen Wänden 16b, wobei die Länge der zylindrischen Wand 16a entlang der Achse (X, X') deutlich geringer ist als die des Mantels 14a.
Die innere Trommel, die innerhalb der äußeren Trommel angeordnet ist, besteht aus einer zylindrischen Wand 16c, deren Durchmesser kleiner als der der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel ist, sowie aus zwei scheibenförmigen Wänden 16d, wobei die Länge der zylindrischen Wand 16c entlang der Achse (X, X') geringer als die der zylindrischen Wand 16a ist.
So wird zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel ein Rotationsraum um die Achse (X, X') geschaffen, um das Kühlen des Pulvers zu ermöglichen, wie dies nachfolgend erläutert wird. Dieser Rotationsraum umfaßt einen Längsbereich 16e, der zwischen der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel und der zylindrischen Wand 16c der inneren Trommel gelegen ist, sowie zwei radiale Bereiche 16f, die zwischen einer der scheibenförmigen Wände 16b der äußeren Trommel und der entsprechenden scheibenförmigen Wand 16d der inneren Trommel gelegen sind. Jeder radiale Bereich 16f weist eine die Welle 18 umgebende Scheibenform auf, wobei dieser radiale Bereich 16f in der Nähe der Welle unter Bildung eines verbreiterten Bereichs 16g dicker ist.
Die Außenseite der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel ist mit schraubenförmigen Schaufeln 22a, 22b bedeckt, die dazu bestimmt sind, das Pulver, welches in einem zwischen dieser zylindrischen Wand 16a und dem Mantel 14a begrenzten ringförmigen Raum 24 enthalten ist, umzurühren und zu mischen, um dieses Pulver zu homogenisieren.
Jede axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel (rechts und links der Richtung II-II in 1) ist mit einer schraubenförmigen Innenschaufel 22a ausgestattet, die – entlang der gesamten Außenseite der axialen Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel angebracht – sich fest verbunden über 180° erstreckt.
Wie aus 1 hervorgeht ist die rechte axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel mit einer ersten schraubenförmigen Innenschaufel 22a versehen, die eine linksgängige Steigung bildet, während die linke axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel mit einer zweiten schraubenförmigen Innenschaufel 22a ausgestattet ist, die eine rechtsgängige Steigung bildet. Die erste Innenschaufel 22a und die zweite Innenschaufel 22a sind diametral gegenüberliegend (in 1 am hinteren Teil bzw. am vorderen Teil der Trommeleinheit 16) sowie über unterschiedliche Längs- oder Axialhälften der Außenseite der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel (in 1 rechts bzw. links der durch die Achsen (Y, Y') und (Z, Z') verlaufenden Ebene) angeordnet. Eine jede der zwei Innenschaufeln 22a erstreckt sich über die gesamte Länge und über die Hälfte des Umfangs einer axialen Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel.
Jede axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel (in 1 rechts und links der Richtung II-II) ist auch mit einer schraubenförmigen äußeren Schaufel 22b ausgestattet, die sich fest verbunden über 360° entlang der gesamten Außenseite der axialen Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel erstreckt. Diese äußeren Schaufeln 22b sind von der Außenseite der äußeren Trommel beabstandet, um zwischen ihnen und der zylindrischen Wand 16a einen Pulverdurchgang zu bilden. Die äußeren Schaufeln 22b sind den Mantel 14a im wesentlichen berührend angeordnet, so daß die der Innenseite zugewandte Fläche der Wand des Mantels 14a abgestreift wird.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die rechte axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel mit einer ersten schraubenförmigen äußeren Schaufel 22b ausgestattet, die eine rechtsgängige Steigung bildet, während die linke axiale Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel mit einer zweiten schraubenförmigen äußeren Schaufel 22b versehen ist, die eine linksgängige Steigung bildet. Die erste äußere Schaufel 22b und die zweite äußere Schaufel 22b sind über verschiedene Längs- oder Axialhälften der Außenseite der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel (in 1 rechts bzw. links der durch die Achsen (Y, Y') und (Z, Z') verlaufenden Ebene) angeordnet, wobei sie um den Schnittpunkt der Achsen (Y, Y') und (Z, Z') herum zueinander symmetrisch angeordnet sind. Eine jede der zwei äußeren Schaufeln 22b erstreckt sich über die gesamte Länge sowie über den gesamten Umfang einer axialen Hälfte der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel.
Wie insbesondere aus 2 hervorgeht ist der Abstand zwischen jeder äußeren Schaufel und der Außenseite der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel größer als die Breite (in radialer Richtung) der inneren Schaufeln 22a.
Wie aus 2 hervorgeht haben die inneren Schaufeln 22a und die äußeren Schaufeln 22b eine im wesentlichen identische Breite in radialer Richtung. Außerdem sind die inneren Schaufeln 22a kürzer ausgebildet als die äußeren Schaufeln 22b, wenn man ihre entlang der Außenseite der zylindrischen Wand 16a der äußeren Trommel schraubenförmig verteilte Länge von einem Ende bis zur Mitte der zylindrischen Wand 16a betrachtet.
Die Drehrichtung der Trommeleinheit 16 ist derart, daß die inneren Schaufeln 22a das in dem ringförmigen Raum 24 enthaltene Pulver in Richtung der Flansche 14b leiten, d. h. in Richtung der Enden des Körpers 14.
Ebenso führen während der Rotation der Trommeleinheit 16 die äußeren Schaufeln 22b das in dem ringförmigen Raum 24 enthaltene Pulver in Richtung der durch die Achsen (Y, Y') und (Z, Z') verlaufenden diametralen Symmetrieebene des Körpers 14, d. h. in Richtung des Mittelpunkts des Körpers 14 zurück. Dies hat den Vorteil, daß ermöglicht wird, das gesamte in dem ringförmigen Raum 24 enthaltene Pulver beim Entleeren leicht abzuführen.
Um das Zurückhalten des Pulvers in diesem ringförmigen Raum 24 zu begrenzen, ist zwischen jedem Flansch 14b des zylindrischen Körpers 14 und der entsprechenden scheibenförmigen Wand 16b eine Abstreifvorrichtung angeordnet, um das Ablagern von Pulver in diesem Bereich zu verhindern. Diese Abstreifvorrichtung ist beweglich und ist vorteilhafterweise von wenigstens einer radialen Klinge 26 gebildet, die an der Außenseite an jeder der zwei scheibenförmigen Wände 16b fest angebracht ist.
Der zylindrische Körper 14 weist auch mehrere Öffnungen auf, nämlich eine Einfüllöffnung 14c, eine Entleerungsöffnung 14d, eine Entgasungsöffnung 14i, eine Eingangsöffnung für die Kühlluft 14e, eine Ausgangsöffnung für die Kühlluft 14f sowie Wellendurchgangsöffnungen 14g und 14h.
Insbesondere während der Phase des Entleerens wird die Entgasungsöffnung 14i geöffnet, um die Homogenisierungsvorrichtung 10 „atmen" zu lassen.
Im Bereich eines jeden Lagers 20 wird die Dichtigkeit zwischen dem ringförmigen Raum 24 und dem Innenraum des Handschuhkastens 20 mit Hilfe eines Abdichtsystems erzielt, das wenigstens eine Stopfbüchse und vorzugsweise Schnüre umfaßt, die mit der Welle 18 der Trommeleinheit 16 in Kontakt sind. Jedes Lager 20 stellt die Rotation der Welle 18 sowie der mit ihr fest verbundenen Trommel über Wälzlager, vorzugsweise Rollenlager sicher.
Die Pulverzufuhr von der stromaufwärtigen Vorrichtung zu der Pulverhomogenisierungsvorrichtung 10 erfolgt über eine Versorgungsrutsche oder – rinne 28, die zwischen der Öffnung 12a des Handschuhkastens und der Einfüllöffnung 14c angeordnet ist.
So ist die Einfüllöffnung 14c, wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, mit der Pulverzuführrinne 28 verbunden, die mit einer stromaufwärtigen Vorrichtung in Verbindung steht.
Ein in der Zuführrinne 28, in der Nähe der Einfüllöffnung 14c angeordnetes Absperrventil 30 ermöglicht, den Pulverdurchgang von der stromaufwärtigen Vorrichtung zur Homogenisierungsvorrichtung 10 zu öffnen oder zu schließen.
Um das Pulver in Richtung der stromabwärtigen Vorrichtung abzuführen, ist von der Entleerungsöffnung 14d aus, wenigstens bis zur Öffnung 12b des Handschuhkastens, eine Austrittsrinne 32 angeordnet.
So ist die Entleerungsöffnung 14d mit der Pulveraustrittsrinne 32 verbunden, die mit wenigstens einem ein Ventil bildenden System ausgestattet ist, um den Pulverdurchgang von der Homogenisierungsvorrichtung 10 zu einer stromabwärtigen Vorrichtung, welche mit der Pulveraustrittsrinne 32 in Verbindung steht, schließen oder öffnen zu können.
Nach der dargestellten Ausführungsform (siehe 1 und 2) sind drei ein Ventil bildende Systeme vorgesehen, um das Austreten von Pulver aus der Homogenisierungsvorrichtung 10 zu kontrollieren und zu regulieren.
Zunächst weist das ein Ventil bildende System einen durch Zylinder 36 gesteuerten Klappenverschluß 34 auf. Dann weist die Homogenisierungsvorrichtung ferner, stromabwärts des Klappenverschlusses 34, ein Absperrventil 38 auf, mit dem die Pulveraustrittsrinne 32 ausgestattet ist. Dieses Absperrventil 38 ermöglicht, die Homogenisierungsvorrichtung 10 von der stromabwärtigen Vorrichtung zu trennen, während unter der Steuerung der Zylinder 36 das Öffnen des Verschlusses 34 ermöglicht, die Entleerungsmenge der Homogenisierungsvorrichtung 10 zu begrenzen.
In der geschlossenen Stellung des Verschlusses befinden sich die Klappen des Verschlusses 34 in der Verlängerung der unteren Wand des Mantels 14a, welche den ringförmigen Raum 24 begrenzt, wodurch die Bildung eines Winkels, in dem sich Pulver dauerhaft festsetzen könnte, vermieden wird.
Außerdem weist die Homogenisierungsvorrichtung 10 zwischen dem Klappenverschluß 34 und dem Absperrventil 38 ein Zellventil 40 auf (siehe 2), das ermöglicht, die über die Austrittsrinne 32 in Richtung der stromabwärtigen Vorrichtung abfließende Pulvermenge zu verändern.
Die zwei Kühlsysteme (inneres und äußeres) werden nun in Verbindung mit den 1 bis 3 beschrieben.
Das innere Kühlsystem umfaßt ein System zum Versorgen mit gekühlter Luft, das mit einem an einer Drehkupplung 44 angebrachten Schlauch 42 zum Zuführen der gekühlten Luft ausgestattet ist. Die Drehkupplung 44 ist ihrerseits außerhalb des zylindrischen Körpers 14 um einen ersten Endabschnitt 18a der Welle 18 angeordnet, so daß der Zuführschlauch 42 mit einem ersten Längskanal 18c in Verbindung steht, der sich in Längsrichtung in dem gesamten ersten Endabschnitt 18a der Welle 18 von der Außenseite des Körpers 14 bis in den zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Raum 16e, 16f erstreckt.
Zu diesem Zweck umfaßt die Drehkupplung 44 einen ringförmigen Innenraum 44a (siehe 3) der einerseits mit dem Zuführschlauch 42 und andererseits, im Bereich wenigstens einer Zuführöffnung 18e, mit dem ersten Kanal 18c in Fluidverbindung steht. Die dargestellte Ausführungsform umfaßt zwei Zuführöffnungen 18e.
Um das Zuführen der aus dem Zuführschlauch 42 stammenden Kühlluft in den zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Raum 16e, 16f zu ermöglichen, ist der erste Endabschnitt 18a der Welle in dem Teil, der in dem verbreiterten Bereich 16g des radialen Bereichs 16f gelegen ist, mit wenigstens einer Versorgungsöffnung 18f versehen. In 1A und im rechten Teil der 1 und 3 sind drei Versorgungsöffnungen 18f zu erkennen.
An dem anderen Ende der Homogenisierungsvorrichtung 10 weist die Welle 18 in symmetrischer Weise einen zweiten Endabschnitt 18b auf, der an der Stelle eines zweiten Längskanals 18d ebenfalls hohl ist. Der erste Längskanal 18c und der zweite Längskanal 18d stehen im Bereich der Welle 18 nicht miteinander in Verbindung.
Nach Zirkulieren innerhalb des zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Raums 16e, 16f, wird die Luft mittels wenigstens einer Abführöffnung 18g, die im Bereich des zweiten Endabschnitts 18b der Welle 18 gelegen ist, über den zweiten Kanal 18d abgeführt. In 1B sowie im linken Teil der 1 und 3 sind vier Abführöffnungen 18g zu erkennen. Diese Öffnungen 18g stehen einerseits mit dem zweiten Kanal 18d und andererseits mit der Innenseite des zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Raums 16e, 16f, im Bereich des verbreiterten Bereichs 16g des radialen Bereichs 16f in Fluidverbindung.
Der zweite Kanal 18d erstreckt sich wenigstens bis zur Öffnung 12d des Handschuhkastens, damit die Luft in ein Belüftungssystem mit hohem Unterdruck abgeführt und eventuell zurückgeführt wird.
Um die Kühlung der Homogenisierungsvorrichtung 10 sowie des in dem ringförmigen Raum 24 enthaltenen Pulvers zu vervollständigen, ist ferner ein äußeres Kühlsystem vorgesehen, das im unteren Teil der Homogenisierungsvorrichtung 10 gebildet ist, d. h. dort, wo sich aufgrund der Schwerkraft der wesentliche Teil des Pulvers befindet.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist der Mantel 14a zu diesem Zweck, wenigstens in der unteren Hälfte des Querschnitts des Körpers 14, von einer unteren Wand 46a umgeben, wodurch eine doppelwandige Hülle 46 begrenzt wird.
Diese Hülle 46 ist mit einem weiteren System zum Zuführen gekühlter Luft verbunden, einerseits über eine Eingangsleitung 46b, die an einem ersten Ende der Hülle 46 angeordnet ist, das sich auf der Seite des zweiten Endabschnitts 18b der Welle befindet, und andererseits über eine Ausgangsleitung 46c, die an dem zweiten Ende der Hülle angeordnet ist, das sich auf der Seite des ersten Endabschnitts 18a der Welle befindet.
Man versteht folglich, daß der obere Teil des Mantels 14a von einer einfachen Hülle gebildet ist, während der untere Teil des Mantels 14a von der Doppelhülle 46 gebildet ist. Der durch die Außenseite der Wand des Mantels 14a sowie durch die Innenseite der unteren Wand 46a der Doppelhülle 46 begrenzte Raum ist mit Rippen 48 versehen, um die Wärmeaustauschvorgänge zu begünstigen (siehe 2 und 3).
Für einen besseren Wärmeaustausch mit dem pulvergefüllten ringförmigen Raum befinden sich die Rippen 48 vorzugsweise an der Wand 14a der Hülle. Im Fall der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Rippen 48 parallel zur Rotationsachse (X, X') der Trommeleinheit 16.
Die Eingangs- und die Ausgangsleitung 46b und 46c sind mit einem Kühlsystem 50 verbunden, das sich außerhalb des Handschuhkastens 12 befindet (siehe 3). Dieses Luftkühlsystem 50 umfaßt einen Ventilator 52 und einen mit Rippen versehenen Austauscher 54, der durch eine Eiswasser-Zirkulation 56 gekühlt wird. Dieses System 50 ermöglicht, die über die Ausgangsleitung 46c austretende Luft von einer Temperatur von etwa 50°C auf eine Temperatur in der Größenordnung von 25°C herunterzukühlen, wobei die Luft über den Ventilator 52 in den Bereich der Eingangsleitung 46b geleitet wird.
Um die Wärmeaustauschvorgänge zwischen dem inneren Kühlsystem und dem pulvergefüllten ringförmigen Raum 24 zu begünstigen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzte Raum 16e, 16f mit Rippen 17 ausgestattet ist, wie dies insbesondere in den 2 und 3 zu sehen ist. Im Fall der dargestellten Ausführungsform befinden sich diese Rippen 17 an der Innenseite der zylindrischen Wand 16a sowie parallel zur Achse (X, X') der inneren und äußeren Trommel.
Wie in 1 zu sehen ist, umfaßt der obere Teil des Körpers 14 die Entgasungsöffnung 14i, die mit einem Rohr verbunden ist, das zu einem mit einem Filter versehenen Elektro- oder Magnetventil führt, welches ermöglicht, die Homogenisierungsvorrichtung 10 während der Entleerungsphase „atmen" zu lassen. Denn in diesem Fall wird das Zuführen von aus dem von dem Handschuhkasten 12 gebildeten Raum stammender Luft ermöglicht.
Die Homogenisierungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt vorzugsweise ferner ein Vibrations- oder Rüttelsystem, das außerhalb des zylindrischen Körpers 14 in der Nähe der Entleerungsöffnung 14d angeordnet ist. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist zu diesem Zweck eine Anordnung aus vier Hämmern 58 an der Hülle 46, an der Außenseite der unteren Wand 46a, äquidistant um die Austrittsrinne 32 herum angeordnet. Diese Drucklufthämmer geben Vibrationen an die Hülle 46 ab; diese Vibrationen lösen das Pulver von den Wänden des Mantels 14a und begünstigen die Entleerung der Homogenisierungsvorrichtung 10. Es versteht sich von selbst, daß dieses Vibrationssystem genauso auch direkt in Kontakt mit dem Mantel 14a angeordnet werden könnte.
Außerdem ist vorgesehen, daß die Geometrie des ringförmigen Raums 24 die Kritikalitätssicherheit der Vorrichtung während der Homogenisierung einer gewissen Charge Plutonium(di)oxidpulver (PuO₂) gewährleistet.
Während des Betriebs wird das aus dem stromaufwärtigen Kreislauf stammende Plutoniumoxid durch Schwerkraft in der Homogenisierungsvorrichtung, in dem vorgenannten ringförmigen Raum 24 aufgenommen.
Während der Einfüllphase, wobei die Trommeleinheit 16 drehbewegt wird, wird das in der Zuführrinne 28 befindliche Absperrventil 30 geöffnet und werden der Verschluß 34 und das Absperrventil 38, die sich in der Austrittsrinne 32 befinden, geschlossen.
Anschließend wird das Absperrventil 30 geschlossen, dann die Entgasungsöffnung 14i geöffnet, um die Homogenisierungsvorrichtung 10 während der Homogenisierungsphase „atmen" zu lassen.
Die Homogenisierung des in dem ringförmigen Raum 24 enthaltenen Pulvers (Plutoniumoxid) wird durch Rotation der Trommeleinheit 16 – mit niedriger Geschwindigkeit während des Einfüllens und eventuell mit höherer Geschwindigkeit, sobald die gewünschte Pulvermenge in diesen ringförmigen Raum eingefüllt worden ist – sichergestellt.
Man versteht, daß die Homogenisierungsvorrichtung zwei Luftkühlsysteme aufweist, nämlich:

– ein inneres Kühlsystem, das innerhalb der Trommeleinheit 16 selbst (Raum 16e, 16f) gelegen und von dem ringförmigen Raum 24 umgeben ist. Dieses Kühlsystem ist von einem Luftkreis gebildet, der teilweise innerhalb der Welle 18 und des zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel begrenzten Rotationsraums 16e, 16f verläuft, um die aufgrund der Rotation der Trommeleinheit, aufgrund des Abdichtsystems (Schnüre und Stopfbüchse) sowie aufgrund des Brennwerts des Pulvers erzeugte Wärme abzuführen, wobei diese Luft über die Lüftung zurückgenommen wird;
– ein äußeres Kühlsystem, das den unteren Teil des ringförmigen Raums 24 umgibt: Dies ist der Kühlkreis der doppelwandigen Hülle 46, der ermöglicht, die aufgrund des Plutoniumoxids sowie dessen Mischen oder Umrühren erzeugte Wärme abzuführen.

Das einwandfreie Funktionieren des inneren und des äußeren Kühlsystems kann durch Messen der Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts der Homogenisierungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung sichergestellt werden.
So wird verständlich, daß die zwei Kühlsysteme auf der einen Seite das Abführen der durch die mechanischen Reibungen innerhalb der Homogenisierungsvorrichtung erzeugten Wärmeenergie und auf der anderen Seite das Abführen der durch das Plutoniumoxid erzeugten Wärmeenergie gewährleisten.
Während der Phase des Entleerens der Homogenisierungsvorrichtung, wobei das Absperrventil 30 der Zuführrinne 28 geschlossen gehalten wird, werden der Klappenverschluß 34 und das Absperrventil 38 der Austrittsrinne 32 geöffnet, während das Zellventil 40 der Einstellung der Pulverauslaßmenge dient. Um das Entleeren und das Abführen des Pulvers aus dem ringförmigen Raum 24 in Richtung der stromabwärtigen Vorrichtung zu erleichtern, ermöglichen das Elektro- oder Magnetventil sowie sein zugeordnetes Filter die Luftbeaufschlagung des Körpers 14 von dem von dem Handschuhkasten 12 gebildeten Raum aus.
Der Öffnungsgrad des Klappenverschlusses 34, die Rotationsgeschwindigkeit der Trommeleinheit 16 sowie die Rotationsgeschwindigkeit des Zellventils 40 ermöglichen, die momentane Pulvermenge in Richtung der stromabwärtigen Vorrichtung einzustellen.

Claims

Vorrichtung zum Homogenisieren von Pulver (10), umfassend: – einen zylindrischen Körper (14) mit kreisförmigem Querschnitt und im wesentlichen horizontaler Längsachse (XX'), der dicht ist und einen zylindrischen Mantel (14a) aufweist, der an seinen Enden durch zwei scheibenförmige Flansche (14b) verschlossen ist, wobei der Körper (14) mit wenigstens einer Einfüllöffnung (14c), die sich im oberen Teil des Körpers befindet, und mit wenigstens einer Entleerungsöffnung (14d), die im Boden des Körpers ausmündet, versehen ist, – eine Einheit zylindrischer Trommeln (16) mit kreisförmigem Querschnitt, die innerhalb des Körpers (14), mit dem sie koaxial ist, angeordnet und dicht ist, wobei die Einheit aus Trommeln (16) eine innere Trommel und eine äußere Trommel aufweist, die jeweils mit einer zylindrischen Wand (16a, 16c) versehen sind, die an ihren Enden durch zwei scheibenförmige Wände (16b, 16d) verschlossen ist, wobei die Außenseite der zylindrischen Wand (16a) der äußeren Trommel mit Schaufeln (22a, 22b) bedeckt ist, die ermöglichen, das Pulver, das in dem ringförmigen Raum (24), der zwischen der zylindrischen Wand (16a) der äußeren Trommel und dem Mantel (14a) des Körpers gebildet ist, enthalten ist, zu homogenisieren, wobei zwischen der inneren und der äußeren Trommel ein Rotationsraum (16e, 16f, 16g) gebildet wird, – eine Welle (18), die entlang der Längsachse (XX') durch den zylindrischen Körper (14) angeordnet und dabei im Bereich jedes Flanschs (14b) an einem Lager (20) angebracht ist, und an der die Einheit zylindrischer Trommeln (16) fest angebracht ist, wobei die Welle (18) einen ersten Endabschnitt (18a), der mit einem ersten inneren Längskanal (18c) versehen ist, sowie einen zweiten Endabschnitt (18b) aufweist, der mit einem zweiten inneren Längskanal (18d) versehen ist, wobei der erste Kanal (18c) außerhalb des Körpers (14) mit einem System zum Zuführen gekühlter Luft verbunden ist, und wobei der erste Endabschnitt (18a) innerhalb des Körpers mit wenigstens einer Versorgungsöffnung (18f) zum Zuführen der gekühlten Luft in den Rotationsraum (16e, 16f, 16g) von dem ersten Kanal (18c) aus versehen ist, wobei der zweite Endabschnitt (18a) innerhalb des Körpers (14) mit wenigstens einer Ableitöffnung (18g) versehen ist, durch die zwischen dem Rotationsraum (16e, 16f, 16g) und dem zweiten Kanal (18d) eine Fluidverbindung hergestellt wird, und wobei der zweite Kanal (18d) außerhalb des Körpers mit einem System zum Abführen der Luft für das Austreten der Luft aus dem Rotationsraum (16e, 16f, 16g) verbunden ist, wobei jedes Lager (20) mit einem Abdichtsystem ausgestattet ist, und – Antriebsmittel, die die Welle (18) in Drehung versetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstreifvorrichtung (26) zwischen jedem Flansch (14b) des zylindrischen Körpers und der scheibenförmigen Wand (16b) der entsprechenden Trommel angeordnet ist, um das Ablagern von Pulver zu vermeiden.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtsystem wenigstens eine Stopfbüchse aufweist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System zum Versorgen mit gekühlter Luft einen Schlauch (42) zum Zuführen der gekühlten Luft aufweist, der an einer Drehkupplung (44) angebracht ist, die außerhalb des Körpers um den ersten Endabschnitt (18a) der Welle angeordnet ist, so daß der Zuführschlauch (42) mit dem ersten Kanal (18c) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkupplung (44) einen inneren Ringraum (44a) aufweist, der einerseits mit dem Zuführschlauch (42) und andererseits im Bereich wenigstens einer Zuführöffnung (18e) mit dem ersten Kanal (18c) in Fluidverbindung steht.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Endabschnitt (18a) mit wenigstens einer Zuführöffnung (18f) versehen ist und daß der zweite Endabschnitt (18b) mit wenigstens einer Ableitöffnung (18g) versehen ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel abgegrenzte Raum mit Rippen (17) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (14a) wenigstens in seinem unteren Teil von einer dichten Hülle (46) mit Doppelwand (14a, 46a) gebildet ist, in der gekühlte Luft, die von einem anderen System zum Zuführen gekühlter Luft stammt, zirkulieren kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (46) mit Rippen (48) ausgestattet ist, die auf der Seite der oberen Wand (14a) der Hülle (46) angeordnet sind, die der Innenseite der Hülle (46) zugewandt ist,.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (46) einerseits durch eine Eingangsleitung (46b), die an dem Ende der Hülle (46) angeordnet ist, das an den zweiten Endabschnitt (18b) der Welle angrenzt, und andererseits durch eine Ausgangsleitung (46c), die an dem Ende der Hülle angeordnet ist, das an den ersten Endabschnitt (18a) der Welle angrenzt, mit dem anderen System zum Zuführen gekühlter Luft verbunden ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung (14c) mit einer Pulverversorgungsrinne (28) verbunden ist, die mit einem Absperrventil (30) ausgestattet ist, wobei die Versorgungsrinne (28) mit einer stromaufwärtigen Vorrichtung in Verbindung steht.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Körpers (14) mit wenigstens einer Entgasungsöffnung (14i) versehen ist, die mit einem mit einem Filter versehenen Magnetventil verbunden ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerungsöffnung (14d) mit einer Pulveraustrittsrinne (32) verbunden ist, die mit wenigstens einem System ausgestattet ist, das ein Ventil bildet, wobei die Pulveraustrittsrinne (32) mit einer stromabwärtigen Vorrichtung in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das System, das das Ventil bildet, einen Klappenverschluß (34) aufweist, der durch Zylinder (36) gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner stromabwärts des Klappenverschlusses (34) ein Absperrventil (38) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner zwischen dem Klappenverschluß (34) und dem Absperrventil (38) ein Zellventil (40) aufweist, das ermöglicht, die Pulvermenge, die durch die Pulveraustrittsrinne (32) zu der stromabwärtigen Vorrichtung fließt, zu verändern.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Rüttelsystem (58) besitzt, das außerhalb des zylindrischen Körpers in der Nähe der Entleerungsöffnung angeordnet ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (22a, 22b) schraubenförmig sind und zwischen jeder axialen Hälfte der äußeren Trommel eine umgekehrte Schraubensteigung bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (16a) jeder axialen Hälfte der äußeren Trommel auf ihrer Außenseite mit einer inneren schraubenförmigen Schaufel (22a), die an der Außenseite entlang der ganzen axialen Hälfte angebracht ist, und mit einer äußeren schraubenförmigen Schaufel (22b), die entlang der ganzen axialen Hälfte von der Außenseite beabstandet ist, bedeckt ist, wobei die innere und die äußere Schaufel (22a, 22b) über jede axiale Hälfte der zylindrischen Wand (16a) untereinander eine umgekehrte Schraubensteigung aufweisen.
Einsatz der Pulverhomogenisierungsvorrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) in einem Handschuhkasten (12) platziert ist und das Pulver radioaktiv ist und vorzugsweise aus Plutoniumdioxid (PuO₂) besteht.
Verfahren zum Homogenisieren und Kühlen eines Pulvers, das eine Pulverhomogenisierungsvorrichtung (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19 verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist: a) man schließt die Entleerungsöffnung (14d), b) man aktiviert die Antriebsmittel, um die Welle (18) und die Einheit aus Trommeln (16) drehanzutreiben, c) man aktiviert das System zum Zuführen gekühlter Luft, um den Raum (16e, 16f), der zwischen der äußeren Trommel und der inneren Trommel abgegrenzt ist, mit gekühlter Luft zu füllen und diese darin zirkulieren zu lassen, d) man öffnet die Einfüllöffnung (14c), um das Zuführen von Pulver in den Ringraum (24) zwischen der äußeren Trommel und dem Mantel des Körpers zu ermöglichen, e) man schließt die Einfüllöffnung (14c), wenn die gewünschte Pulvermenge in den Ringraum (24) eingeführt worden ist, f) man führt das Homogenisieren durch Drehen der Welle (18) und der Trommeleinheit (16) durch, und g) man öffnet die Entleerungsöffnung (14d), um den Ringraum (24) nach Abschluß des Homogenisierens zu entleeren.