JP4512029B2

JP4512029B2 - 原子燃料ウランスクラップ回収装置

Info

Publication number: JP4512029B2
Application number: JP2005347654A
Authority: JP
Inventors: 彰薦野
Original assignee: 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: JP2007155380A

Description

本発明は、原子燃料用ペレットを製造する工程で発生するＵＯ₂またはＧｄ₂Ｏ₃ が含有されたＵＯ₂ 焼結体スクラップを、酸化処理して回収する乾式回収方式による原子燃料ウランスクラップ回収装置に関するものである。

従来の原子燃料ウランスクラップ回収装置は、焼結体が供給される酸化炉と、この酸化炉内に設けられた篩と、この篩を振動させる振動機と、前記酸化炉内を所定の温度に維持するヒータとを備え、酸化炉内に供給された焼結体が篩の上で加熱されるとともに、篩に振動が付与されることにより、焼結体の表面が酸化され、その酸化物が焼結体の表面から剥離し細粒化することにより、篩を通過させて回収するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特公平４−７７８７６号公報（公報２頁左欄２３行〜右欄３０行、図）

上述した従来の原子燃料ウランスクラップ回収装置においては、酸化炉全体を同じ温度で加熱する構造であるために、酸化物は焼結体の下端部から順序よく剥離するのでなく表面全体から略均一に剥離していく。このため、連続して焼結体を酸化炉に供給すると焼結体によって篩が覆われ、焼結体自体によって酸化物が篩から落下するのを邪魔される状態になるから、酸化物が篩を通過するのに要する時間が長くなり、生産効率が悪くなるという問題があった。また、酸化物が篩を通過する時間に合わせてフィーダからスクラップを供給するタイミングを制御する必要があるために、このための装置が必要になるから製造コストが増大するという問題もあった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、生産効率を向上させるとともに、製造コストの低減を図ることにある。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ＵＯ₂またはＧｄ₂Ｏ₃入りＵＯ₂原子燃料ペレットを製造する際に発生する焼結体スクラップを空気中で加熱し酸化させＵ₃Ｏ₈ あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈とする酸化炉を備えた原子燃料ウランスクラップ回収装置において、前記酸化炉の下側に、酸化したＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈の酸化粉末の粒度を調整する篩手段を設け、前記酸化炉は、複数の焼結体スクラップを堆積状態で収納する管体と、この管体の上部から管体内に空気を供給し管体の下部から排出する空気供給手段と、前記管体の周面を加熱し管体の上部から下部に向かって温度が高くなるような温度勾配を付与する加熱手段と、前記篩手段に振動を付与する振動付与手段とを備え、前記篩手段は前記管体の下端から間隔をおいて設けたものである。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記加熱手段による前記管体への加熱温度を制御する制御手段を備えたものである。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記振動付与手段に振動を調整する振動調整手段を設けたものである。

請求項１に係る発明によれば、加熱手段によって管体の上部から下部に向かって温度が高くなるような温度勾配が付与されるように管体の周面が加熱されるから、管体の下部から酸化されたＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈が順序よく篩手段に落下する。また、空気供給手段によって供給された空気によって、酸化されたＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈が管体から篩手段に落下するのを促進される。また、振動付与手段によっても酸化されたＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈の管体からの篩手段への落下が促進される。したがって、酸化されたＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈の管体からの篩手段へ円滑かつ確実に落下するため、生産効率を向上させることができる。また、管体内の次の焼結体スクラップを自重によって自然に管体の最下部に移動するようにしたことにより、焼結体スクラップを供給するタイミングを制御する必要がないために、このための装置が不要になるから製造コストを削減することができる。
請求項２に係る発明によれば、管体の周面温度を、ＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５００〜５５０℃の範囲とし、Ｇｄ₂Ｏ₃が含有されたＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５５０〜８００℃の範囲とすることが可能になるから、酸化粉末の擬集化を防止できるとともに、微粉末化を促進することができる。
請求項３に係る発明によれば、振動調整手段によって振動を調整することにより、焼結体スクラップの管体内における最高温度域に滞在する時間を最適な１〜２時間に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明に係る原子燃料ウランスクラップ回収装置の全体を示すモデル図、図２は図１におけるII部の拡大図で、同図（ａ）は焼結体スクラップの酸化が不完全な状態を示し、同図（ｂ）は焼結体スクラップの酸化が完全な状態を示し、図３は図１におけるIII-III 線断面矢視図、図４は同じく焼結体スクラップ供給手段のモデル図である。

図１に全体を符号１で示す原子燃料ウランスクラップ回収装置は、円柱状に形成された多数の焼結体スクラップ４を堆積状態で収納するステンレスまたはアルミナによって円筒状に形成された複数の管体３を備えた酸化炉本体２と、管体３に焼結体スクラップ４を供給する焼結体スクラップ供給手段５と、管体３内に空気を供給する空気供給手段６と、酸化粉末を回収する粉末回収箱７と、スクラップを回収するスクラップ回収箱８と、酸化した粉末のスクラップを粒度によって篩い分ける篩手段１２とによって概ね構成されている。

管体３は上下が開放された管体によって形成され、その内径は焼結体スクラップ４の径よりも約５ｍｍだけ大きく形成されており、管体３の下部側の周囲には、管体３の周面を加熱する加熱手段としてのヒータ１０が設けられている。このヒータ１０によって、管体３の上側から下端部に向かって温度が高くなるような温度勾配を付与するように管体２の周面が加熱される。また、このヒータ１０は管体３への加熱温度を制御する制御手段（図示せず）が備えられており、この制御手段によって、管体３の周面温度を、ＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５００〜５５０℃の範囲に制御され、Ｇｄ₂Ｏ₃が含有されたＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５５０〜８００℃の範囲に制御される。

管体３の下端と、後述する第１の篩１３との間には、図２（ａ）に示すように、間隔Ｈ（３〜５ｍｍ）なる隙間１１が設けられている。また、管体３は、図３に示すように、円筒形に形成された酸化炉本体２に、平面視円周方向に等角度おいて８個設けられているとともに中央に１個設けられており、円周方向に設けられた管体３間の間隔は約３ｍｍに形成され、中央に設けられた管体と他の管体との間隔は約５ｍｍに形成されている。

篩手段１２は、第１の篩１３とこれと対向するように下方に位置付けられた第２の篩１４とによって構成されており、酸化炉本体２の下側に設けられている。第１の篩１３はサイズが１２メッシュのスクリーンによって形成され、第２の篩１４はサイズが１００メッシュのスクリーンによって形成されている。篩手段１２の一方の側部には、第１および第２の篩１３，１４に図中左右方向の振動を付与する振動付与手段１５が設けられており、この振動付与手段１５には、振動の幅および振動の周期を調整する振動調整手段（図示せず）が備えられている。

篩手段１２の他方の側部には、第１の篩１３と第２の篩１４との間に滞留したスクラップをスクラップ回収箱８に導くスクラップ回収案内路１６が設けられている。第２の篩１４の下方には、すり鉢状に形成された製品回収ガイド１７が設けられており、第２の篩１４から落下する製品を粉末回収箱７に案内する。第１の篩１３を通過し、第２の篩１４に滞留したサイズが１２メッシュ以上の製品には適さない酸化粉末のスクラップは、排出通路１６を介してスクラップ回収箱８に回収される。

空気供給手段６には、図示を省略した吐出ポンプからの空気を各管体３の上部に供給する供給管１９が備えられており、各管体３に供給された空気は管体３内を通って管体３の下端から排出され、第１および第２の篩１３，１４間を通って、排出管２０から外部に排出される。

焼結体スクラップ供給手段５は、図４に示すように、すり鉢状に形成された供給容器２２とこの供給容器２２を振動させる振動手段（図示せず）とを備えており、供給容器２２の底部には、ロート状に形成された９個の供給通路２３が設けられ、これら供給通路２３の下端は管体３の上端に接続されている。したがって、多数の焼結体スクラップ４を供給容器２２に供給し、供給容器２２に振動を付与することにより、多数の焼結体スクラップ４が順次供給通路２３から管体３に導かれ、管体３内に堆積状態で収納される。

次に、このように構成された原子燃料ウランスクラップ回収装置によって、焼結体スクラップを酸化させ、酸化した酸化粉末を回収する方法を説明する。

上述したように、多数の焼結体スクラップ４が供給された供給容器２２を振動させることにより、各管体３内に焼結体スクラップ４が堆積状態で収容される。この状態としてから、空気供給手段６の供給管１９から空気を各管体３の上端から管体３内に供給し、ヒータ１０によって管体３の周面を加熱する。この場合、焼結体スクラップ４がＵＯ₂ 焼結体スクラップの場合には、５００〜５５０℃で酸化し、Ｇｄ₂Ｏ₃が含有されたＵＯ₂ 焼結体スクラップの場合には、５５０〜８００℃で酸化するように、ヒータ１０を制御する。このように、管体３の周面温度を、ＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５００〜５５０℃の範囲とし、Ｇｄ₂Ｏ₃が含有されたＵＯ₂ 焼結体スクラッップを酸化する場合には、５５０〜８００℃の範囲とすることにより、後述する酸化粉末２５の擬集化を防止できるとともに、微粉末化を促進することができる。

ヒータ１０による加熱は、管体３の上部から下部に向かって温度が高くなるような温度勾配が付与されるから、図２（ｂ）に示すように、管体３内に堆積された多数の焼結体スクラップ４のうち、管体３の最下端に位置する焼結体スクラップ４から順次酸化され粉末化する。粉末化された酸化粉末２５は、管体３の下端と第１の篩１３との間に間隔Ｈなる隙間１１が設けられ、かつ第１の篩１３が振動付与手段１５によって振動していることにより、酸化粉末２５は管体３の下端から取り除かれ、取り除かれた酸化粉末２５は、第１の篩１３を通過して第２の篩１４上に落下する。

このとき、第１の篩１３の振動を振動調節手段（図示せず）によって調整することにより、酸化粉末２５が取り除かれる時間を、管体３を最高温度域で所定の加熱時間（１〜２時間）の間滞在できるように調整することができる。これが繰り返されることにより最下端の焼結体スクラップ４は徐々に高さ方向の寸法が短くなり、次の焼結体スクラップ４が自重によって下降し、管体３の下端から露呈する。ここで、空気供給手段６から管体３内に供給された空気が管体３の下端の開口から排気されていることにより、この排気される空気によって、管体３に詰まった酸化粉末２５が管体３から吹き出されるため、酸化粉末２５の管体３での詰まりを防止できる。

この第２の篩１４上に落下した酸化粉末２５は、振動付与手段１５によって第２の篩１４が振動することにより、粒度が１００メッシュ以下の酸化粉末２５のみが、製品回収ガイド１７に落下し、製品として粉末回収箱７に回収される。一方、粒度が１００メッシュ以上の酸化粉末２５は、スクラップ回収案内路１６を介してスクラップ回収箱８に導かれる。

このように、ヒータ１０によって管体３の上部から下部に向かって温度が高くなるような温度勾配が付与されるように管体３の周面が加熱されるから、管体３の下部から酸化されたＵ₃Ｏ₈が順序よく篩手段１２に落下する。また、空気供給手段６によって供給された空気によって、酸化されたＵ₃Ｏ₈が管体３から篩手段１２に落下するのを促進される。また、振動付与手段１５によっても酸化されたＵ₃Ｏ₈が管体３から篩手段１２へ落下するのが促進される。したがって、酸化されたＵ₃Ｏ₈が管体３から篩手段１２へ円滑かつ確実に落下するため、生産効率を向上させることができる。また、管体３内の次の焼結体スクラップ４を自重によって自然に管体３の最下部に移動するようにしたことにより、焼結体スクラップ４を供給するタイミングを制御する必要がないために、このための装置が不要になるから製造コストを削減することができる。

本発明に係る原子燃料ウランスクラップ回収装置の全体を示すモデル図である。図１におけるII部の拡大図で、同図（ａ）は焼結体スクラップの酸化が不完全な状態を示し、同図（ｂ）は焼結体スクラップの酸化が完全な状態を示す。図１におけるIII-III 線断面矢視図である。本発明に係る原子燃料ウランスクラップ回収装置における焼結体スクラップ供給手段のモデル図である。

符号の説明

１…原子燃料ウランスクラップ回収装置、２…酸化炉本体、３…管体、４…焼結体スクラップ、５…焼結体スクラップ供給手段、６…空気供給手段、７…粉末回収箱、８…スクラップ回収箱、１０…ヒータ、１１…隙間、１２…篩手段、１３…第１の篩、１４…第２の篩、１５…振動付与手段、２５…酸化粉末。

Claims

ＵＯ₂またはＧｄ₂Ｏ₃入りＵＯ₂原子燃料ペレットを製造する際に発生する焼結体スクラップを空気中で加熱し酸化させＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈とする酸化炉を備えた原子燃料ウランスクラップ回収装置において、前記酸化炉の下側に、酸化したＵ₃Ｏ₈あるいは（Ｕ，Ｇｄ）₃Ｏ₈の酸化粉末の粒度を調整する篩手段を設け、前記酸化炉は、複数の焼結体スクラップを堆積状態で収納する管体と、この管体の上部から管体内に空気を供給し管体の下部から排出する空気供給手段と、前記管体の周面を加熱し管体の上部から下部に向かって温度が高くなるような温度勾配を付与する加熱手段と、前記篩手段に振動を付与する振動付与手段とを備え、前記篩手段は前記管体の下端から間隔をおいて設けたことを特徴とする原子燃料ウランスクラップ回収装置。
請求項１記載の原子燃料ウランスクラップ回収装置において、前記加熱手段による前記管体への加熱温度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする原子燃料ウランスクラップ回収装置。
請求項１記載の原子燃料ウランスクラップ回収装置において、前記振動付与手段に振動を調整する振動調整手段を設けたことを特徴とする原子燃料ウランスクラップ回収装置。