JP2013126659A - 攪拌工具、攪拌装置ならびに攪拌工具および攪拌装置の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗性の材料と、放射能汚染された材料との混合時の特に僅かな摩耗の点で優れていて、特に簡単にかつ可能な限り少ない量の廃材のもと洗浄することができる攪拌工具を提供する。
【解決手段】摩耗性の材料を混合するための攪拌工具１２，１４において、該攪拌工具１２，１４の表面の少なくとも一部が、ＰＥＥＫから成る防護層で被覆されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アブレッシブ摩耗を引き起こす摩耗性の材料、特にセメントを混合するための攪拌工具に関する。

さらに、本発明は、攪拌装置において、該攪拌装置が、少なくとも１つの攪拌工具と、該少なくとも１つの攪拌工具を回転させるための駆動装置と有している攪拌装置に関する。

さらに、本発明は、攪拌工具および攪拌装置の使用に関する。

原子力プラント、たとえば原子力発電所では、運転に際して、最も高いレベルの放射性の使用済み燃料集合体のほかに、同様に廃棄されなければならないより弱いレベルの放射性廃棄物も生じる。これは、たとえば保守作業または組換え作業の間に生じた廃棄物であったり、予め運転時間中に強い放射線に曝されているかもしくはそれ自体放射性物質を含んでいるその他の材料であったりする。これに対する例は、蒸発濃縮物や、保守の範囲内で廃棄すべき、水槽からの腐食に起因した沈殿物や、その他のスラッジである。原子炉サイズに応じて、その都度、数１０ｍ^３のこのような廃棄物が生じる。このような放射性廃棄物を安全に貯蔵可能にするためには、この放射性廃棄物が、通常、セメント・水混合物内で攪拌される。その後、放射性のセメント混合物が、たとえば各型内に流し込まれ、次いで、この型内で硬化させられる。その後、こうして形成された放射性のセメントブロックもしくはコンクリートブロックが貯蔵施設に供給されるようになっている。

この理由から、原子力発電所は、たいてい、いわゆる「セメント固化装置」を有している。このセメント固化装置では、前述したプロセス、特に放射性廃棄物とセメントおよび水との混合工程も行われる。このためには、混合物が攪拌容器内に導入され、そこで、攪拌装置によって混合される。この攪拌装置は、典型的には、螺旋に類似の攪拌工具を有している。この攪拌工具は、攪拌すべき混合物内に突入し、この混合物を回転運動によって攪拌する。工業的なセメントミキサもしくはその攪拌工具の場合には、摩耗防護手段として、時々、ＰＵ（ポリウレタン）から成る防護層が使用される。

摩耗性の材料を混合するための市販の攪拌工具では、この攪拌工具が、ＰＵ防護層にもかかわらず、高い摩耗を受け、その洗浄時には、規則的に多量の廃材が生じることが不利である。しかし、特に放射能がある範囲で使用された時には、各廃材が放射性廃棄物として処理もしくは廃棄されなければならない。また、摩耗した攪拌工具も放射性廃棄物として処理されなければならない。

この公知先行技術を起点として、本発明の課題は、摩耗性の材料と、放射能汚染された材料との混合時の特に僅かな摩耗の点で優れていて、特に簡単にかつ可能な限り少ない量の廃材のもと洗浄することができる攪拌工具を提供することである。また、本発明の課題は、相応の攪拌装置および相応の使用を提供することである。

この課題を解決するために本発明に係る攪拌工具によれば、該攪拌工具の表面の少なくとも一部が、ＰＥＥＫから成る防護層で被覆されている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る攪拌工具によれば、該攪拌工具の表面の少なくとも一部が、ポリアリール、ポリフェニレンスルホンまたはポリフェニレンスルフィドのグループからのポリマから成る防護層で被覆されている。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、前記防護層が、主に１００μｍ〜２５０μｍの範囲内の層厚さを有している。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、前記防護層が、主に５００μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、前記防護層が、主に２５０μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、前記防護層が、静電粉末コーティングと、あとからの焼付けとによって形成されている。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、攪拌工具が、主として、特殊鋼から成っている。

本発明に係る攪拌工具の有利な態様によれば、互いに逆方向に回転可能な２つの個別攪拌工具が、互いに隣り合って配置されている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る攪拌装置によれば、少なくとも１つの攪拌工具が、本発明に係る攪拌工具として形成されている。

本発明に係る攪拌装置の有利な態様によれば、前記攪拌装置が、原子力安全ジャケットを有しており、該原子力安全ジャケットの内部に本来の前記攪拌装置が配置されている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る使用によれば、予め放射能汚染された摩耗性の物質を攪拌するために本発明に係る攪拌工具または本発明に係る攪拌装置が使用される。

本発明に係る使用の有利な態様によれば、前記使用を原子力プラント内で行う。

本発明の基本思想は、１つには、攪拌工具を摩耗性の材料に対して高性能の付着防止性の防護層で被覆し、これによって、付着しかつ洗浄時に廃棄すべき廃棄物の量を減少させることにある。それにもかかわらず付着している材料、たとえば固化されたセメントまたはまだ湿分を帯びているセメントは、１回の洗浄サイクルで除去され、次いで、その汚染に基づき、汚染された廃棄物として廃棄され得る。したがって、攪拌工具への材料の付着の減少に基づき、廃棄すべき廃棄物の発生が有利に減少させられている。さらに、付着防止性の防護層によって、攪拌工具におけるすでに硬化させられた堆積物の、場合により自己的な剥離も容易になる。

防護層の特に高い機械的な強度によって、攪拌工具の使用期間がさらに有利に増加させられる。なぜならば、これによって、機械的な摩耗が著しく減少させられるからである。また、特に耐放射線性を有する材料の選択によって、攪拌工具の寿命がさらに有利に延長される。この攪拌工具は寿命の経過後に同じく放射性廃棄物として廃棄され得る。これに基づき達成される著しく減少させられた保守サイクルは、特に有利な態様では、保守の際に最も高い予防措置にもかかわらず相変わらず残留ビーム負荷に曝されている保守作業員による人手の介入の必要性を減少させる。さらに、水による洗浄時の洗浄サイクルの回数を減少させる場合には、たとえば、これに関する水消費量が減少させられている。この水は洗浄使用後に同じく汚染されている。

ＰＥＥＫは、多種の有機化合物および無機化合物に対して耐性を有するポリエーテルエーテルケトンの化学的なグループを表している。ＰＥＥＫは、典型的には、自動車産業において使用されたり、高電圧技術では絶縁材料として使用されたり、半導体技術ではウェーハキャリヤとして使用されたり、エレクトロニクスではフレキシブルな回路支持体としても使用される。ＰＥＥＫは、楽器の弦またはテニスのガットのための心材としても使用される。しかし、工具のコーティングのために使用することは今まで知られていない。ＰＥＥＫは、特に本発明に係る使用のために特に適していると判った更なるサブグループ、たとえばＰＥＫ、ＰＥＫＫまたはＰＥＥＫＥＫを含んでいる。

ＰＥＥＫは、その優れた化学的なかつ機械的な耐性および相応の表面コーティングの極めて少ない摩擦係数のほかに、高い耐放射線性も有していることが判った。したがって、ＰＥＥＫは、好適には、放射能汚染された摩耗性の材料を混合するための攪拌工具のコーティングにも適している。

別の使用分野に基づき公知のコーティング材料である、たとえばフライパンのテフロン（登録商標）コーティングのためにも使用されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）は、原子力の分野で使用するためには適していない。なぜならば、放射性物質のイオン化放射線が、ＰＴＦＥプラスチックの分解を招き、ひいては、このようにコーティングされた攪拌工具が短い期間で使用不可能となる恐れがあるからである。相応の示唆はそれ自体、たとえばＤｏｍｉｎｉｎｇｈａｕｓ，Ｈ、Ｅｌｓｎｅｒ，Ｐ．、Ｅｙｅｒｅｒ，Ｐ．、Ｈｉｒｔｈ，Ｔ．著の「Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ − Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｕｎｄ Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ（２００８）；Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ」に認められる。

本発明は、当然ながら、攪拌工具に限定されるものではない。むしろ、本発明は、摩耗性の材料および場合により放射能汚染された材料に直接接触する全ての工具に拡張することができる。攪拌工具のコーティングは、混合工程の間に混合すべき材料に接触する範囲が、コーティング層で完全に被覆されているように行われなければならない。たとえば、回転撹拌器の、駆動装置への結合箇所が設けられている上側の範囲では、必要に応じてコーティングが省略されてよい。

ＰＥＥＫでのコーティングに対して択一的には、ポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドでの攪拌工具のコーティングも有利であると判った。ポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドは、構成要素の主鎖にスルフィド（Ｓ）またはスルホン（ＳＯ_２）の形で硫黄原子を含んだ熱可塑性の重縮合物の化学的なグループを表している。このグループは、たとえばジフェニルスルホングループまたはジフェニルスルフィドグループの場合、硫黄原子が、主鎖に位置する芳香族部分に常に結合されていることによって特徴づけられている。この熱可塑性樹脂は多種の有機化合物および無機化合物に対して耐性を有していて、イオン化放射線に対して高い耐性を有している。ポリアリールスルホンもしくはポリアリールスルフィドのグループは幅広く、たとえば自動車産業、電気工学、医療技術または一般的な器具製造において使用される。プラスチックは処理されて、たとえばコネクタ、ハウジングボディ、保持装置または軸受け保持器が形成される。ポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドのグループからの従来のかつ本発明において適切なプラスチックは、たとえばポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）である。

ポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドのグループはその優れた化学的なかつ機械的な耐性のほかに、高い耐放射線性も有していることが判った。さらに、ポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドの摩擦・摩耗特性は極めて良好に変更することができる。この摩擦・摩耗特性の変更のために、典型的には、ガラス繊維または黒鉛のような材料が使用される。

本発明の特に有利な態様によれば、ＰＥＥＫから成る防護層またはポリアリール、ポリフェニレンスルホンもしくはポリフェニレンスルフィドのグループからのポリマから成る防護層が、主に１００μｍ〜２５０μｍの範囲内の層厚さを有している。このような層厚さ範囲は、公知の層厚さに比べて高められていて、運転に際した摩耗を前提として、すでに本発明に係る攪拌工具の著しく高められた寿命と、本発明における僅かな付着防止特性とに繋がる。さらに、前述した層厚さ範囲は、ただ１回のコーティング工程で被着することができ、これによって、このような防護層が特に均質に製作可能となる。

本発明のさらに有利な態様によれば、ＰＥＥＫ防護層が、主に５００μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している。このような層厚さは、別の防護層の公知の層厚さに比べて比較的厚いことが判っている。しかし、このことは、攪拌工具の、獲得すべき可能な限り長い寿命を見込んでいる。したがって、適宜な防護層厚さによって、防護作用の損失が生じることなく、長い運転期間、たとえば最大数年にわたる防護層の外周摩耗が補償される。しかし、場合により、使用態様に応じて、１０００μｍ以上の層厚さも有利である。ただし、このような層厚さの場合には、相応の防護層がたいてい複数回の塗布で被着されなければならないことに注意を払わなければならない。その結果、増加させられた層厚さの利点を部分的に損ねる所定の不均質性も生じる。

本発明のさらに有利な態様によれば、ポリアリール、ポリフェニレンスルホンまたはポリフェニレンスルフィドのグループからのポリマから成る防護層が、主に２５０μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している。この材料の複数の層も互いに比較的高い均質性を伴って被着することができ、これによって、複数回のコーティングによる増加させられた層厚さの不均質性の効果が十分に阻止されることが判った。

本発明の別の変化態様によれば、防護層が、静電粉末コーティングと、あとからの焼付けとによって形成されている。これは、特に表面の僅かな摩耗係数および高い硬さに関しても、攪拌工具の極めて均一なコーティングと同時に防護層の極めて良好な機械的な特性を達成する方法である。焼付け温度は、約３８０℃〜４２０℃の範囲内にある。しかし、別のコーティング法、たとえば分散液コーティングまたは溶射も使用可能である。

本発明の別の変化態様に相応して、攪拌工具がその内側のコアにおいて、特に抵抗性の材料、たとえば特殊鋼から成っている。本発明の別の変化態様によれば、回転可能な２つの個別攪拌工具が、互いに隣り合って配置されている。こうして、特に効果的な混合工程が保証されている。

本発明の課題は、少なくとも１つの攪拌工具と、この少なくとも１つの攪拌工具を回転させるための駆動装置と有していて、本発明に係る少なくとも１つの攪拌工具を備えて形成されている攪拌装置によっても解決される。本発明に係る攪拌工具の前述した利点は、このような攪拌装置にも転用される。少なくとも１つの攪拌工具のための駆動装置のほかに、たとえば混合容器、セメント、水および放射性廃棄物のための供給装置ならびに混合された材料のための排出装置も攪拌装置の可能な構成要素である。

本発明に係る攪拌装置の別の態様によれば、攪拌装置が、原子力安全ジャケットを有しており、この原子力安全ジャケットの内部に本来の攪拌装置が配置されている。このような原子力安全ジャケットは、放射性物質が処理される室の仕切りに役立つ。典型的には、この室には、最も厳格な安全措置の遵守のもと、ロックゲートを介してしか到達することができない。通常の運転中には、各工程が遠隔制御されて、局所的な人手の介入なしに行われる。これによって、設備および作業員の安全性が改善される。

本発明の課題は、予め放射能汚染された摩耗性の物質を、たとえばセメント・水混合物、コンクリートまたはこれに類する材料と攪拌するための本発明に係る攪拌工具または本発明に係る攪拌装置の使用によっても解決される。予め放射能汚染された物質もしくは廃棄物は、たとえば結晶の形、スラッジに類似の形または濃縮された形を有していてよい。しかし、原子力プラントでたいてい使用されるイオン交換樹脂もその寿命の経過後に放射性廃棄物として廃棄され得る。イオン交換樹脂は、プラスチックベースの固形物として、たとえば球形もしくは粉末状の形で存在していて、これによって、セメント・水混合物と良好に攪拌することもできる。汚染された材料の混合時にまさに得られる相応の利点は、すでに前述してある。

特に使用の有利な変化態様では、原子力プラント内、特に原子力発電所内での本発明に係る攪拌工具または本発明に係る攪拌装置の使用が提案されている。原子力プラントでは、まさに、運転に際して廃棄すべき放射性廃棄物が生じる。この放射性廃棄物は、有利な態様では、各攪拌装置または各攪拌工具の使用下でセメント・水混合物と攪拌され得る。本発明により滅多に行われない各洗浄サイクルの範囲内では、廃棄すべき廃棄物は、特にほとんど生じない。本発明に係る攪拌工具は、特に長寿命であることが判っている。

別の有利な可能な態様は、別の従属請求項に認めることができる。

攪拌容器内の例示的な攪拌工具を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、表示１０において、攪拌容器２０内で互いに逆方向に駆動される２つの攪拌工具１２，１４が示してある。攪拌容器２０は、攪拌すべきセメント／水混合物１６で充填されている。このセメント／水混合物１６は、符号１８を備えた標識で示したように、放射性物質を含んでいる、つまり、放射能汚染されている。この放射能汚染は、放射性廃棄物の混加によって生じる。なお、この放射性廃棄物は、のちに硬化させられるセメント内に安全に貯蔵される。各混合工程もしくは各攪拌工程の終了後、その際にセメント／水混合物１６に接触した攪拌工具１２，１４は、特に各洗浄工程に供されなければならない。しかし、理想的には、このような洗浄サイクルは可能な限り延期したい、すなわち、各攪拌工程後に実施されるべきではない。

ＰＥＥＫでの攪拌工具１２，１４の本発明におけるコーティングによって、攪拌工具１２，１４へのセメントまたはこれに類する混合すべき物質の付着が有利に減少させられるので、保守間隔が延長されている。さらに、これによって、攪拌工具１２，１４に付着していて、放射性廃棄物として廃棄されなければならない、各洗浄サイクルの際に生じるセメント残渣の量が有利に減少させられる。特にＰＥＥＫコーティングの高い耐放射線性に基づき、このようにコーティングされた攪拌工具１２，１４が、放射能汚染された範囲での長期の使用もしくは放射能汚染された材料１６の攪拌のために適していることが判っている。さらに、ＰＥＥＫは、優れた機械的な耐性を有しているので、ＰＥＥＫ防護層は、攪拌工程時のセメント混合物１６の材料粒子による高い摩耗負荷にも耐えられる。さらに、ＰＥＥＫ防護層は化学的に高い耐性を有していることが判っており、これによって、酸含有の物質との接触も、たとえば防護層の寿命を減少させるマイナスの影響を結果的に招かない。

１０ 攪拌容器内の例示的な攪拌工具
１２ 第１の攪拌工具
１４ 第２の攪拌工具
１６ 汚染されたセメント／水混合物
１８ 放射線
２０ 攪拌容器

Claims (12)

1. 摩耗性の材料、特にセメント（１６）を混合するための攪拌工具（１２，１４）であって、該攪拌工具（１２，１４）の表面の少なくとも一部が、ＰＥＥＫから成る防護層で被覆されていることを特徴とする、摩耗性の材料を混合するための攪拌工具。
2. 摩耗性の材料、特にセメント（１６）を混合するための攪拌工具（１２，１４）であって、該攪拌工具（１２，１４）の表面の少なくとも一部が、ポリアリール、ポリフェニレンスルホンまたはポリフェニレンスルフィドのグループからのポリマから成る防護層で被覆されていることを特徴とする、摩耗性の材料を混合するための攪拌工具。
3. 前記防護層が、主に１００μｍ〜２５０μｍの範囲内の層厚さを有している、請求項１または２記載の攪拌工具。
4. 前記防護層が、主に５００μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している、請求項１記載の攪拌工具。
5. 前記防護層が、主に２５０μｍ〜７５０μｍの範囲内の層厚さを有している、請求項２記載の攪拌工具。
6. 前記防護層が、静電粉末コーティングと、あとからの焼付けとによって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の攪拌工具。
7. 攪拌工具（１２，１４）が、主として、特殊鋼から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載の攪拌工具。
8. 互いに逆方向に回転可能な２つの個別攪拌工具（１２；１４）が、互いに隣り合って配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の攪拌工具。
9. 攪拌装置であって、該攪拌装置が、少なくとも１つの攪拌工具（１２，１４）と、該少なくとも１つの攪拌工具（１２，１４）を回転させるための駆動装置とを有している攪拌装置であって、少なくとも１つの攪拌工具（１２，１４）が、請求項１から８までのいずれか１項記載の攪拌工具として形成されていることを特徴とする、攪拌装置。
10. 前記攪拌装置が、原子力安全ジャケットを有しており、該原子力安全ジャケットの内部に本来の前記攪拌装置が配置されている、請求項９記載の攪拌装置。
11. 予め放射能汚染された摩耗性の物質を攪拌するための請求項１から８までのいずれか１項記載の攪拌工具（１２，１４）または請求項９または１０記載の攪拌装置の使用。
12. 前記使用を原子力プラント内で行う、請求項１１記載の使用。

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