JP5559474B2 - 熱処理装置およびこれを用いた熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物を熱処理する熱処理装置およびこれを用いた熱処理方法に関する。

下記特許文献１には、核燃料ペレットのスクラップ（被処理物）をリサイクル処理するための熱処理炉が開示されている。この熱処理炉は、被処理物を収容可能であり水平軸心回りに回転可能に設けられた回転胴と、この回転胴を回転させる駆動装置と、回転胴の周囲に配置されたヒータと、被処理物を投入する投入部と、熱処理後の被処理物を取り出す取り出し部と、投入部と取り出し部とを回転胴に連結する連結部とを備えている。

連結部は、回転胴の軸方向一端部に設けられ、投入部は、連結部の上部に連結された漏斗状の供給容器を備えている。一方、取り出し部は、連結部の下部に連結された漏斗状の取り出し容器を備えている。そして、回転胴は、軸方向他端部（反連結部）側の端部を斜め下方に下げた傾斜姿勢と、斜め上方に上げた傾斜姿勢とに姿勢変更可能であり、前者の傾斜姿勢で供給容器から被処理物を回転胴へ自然流下させ、後者の姿勢で、回転胴から被処理物を取り出し容器へ自然流下させるように構成されている。
また、連結部には、供給容器から回転胴への被処理物の流通を許容する態様と、回転胴から取り出し容器への被処理物の流通を許容する態様とに切り替え可能なバルブが設けられている。
特開平９−２１１１６４号公報

特許文献１に記載の熱処理装置は、回転胴内で被処理物を熱処理した後、回転胴に冷気を導入することによって被処理物を冷却し、その後、回転胴を傾斜させて被処理物を取り出し部に排出するように構成されている。
しかし、回転胴内で被処理物を冷却すると、次の熱処理を開始する段階で回転胴が低温となり、低温状態から再度所定の熱処理温度まで回転胴を昇温させなければならないので、処理時間（サイクルタイム）が長くなるという問題があった。

熱処理終了後の回転胴の温度を下げないようにするには、被処理物を回転胴から排出した後に冷却することが考えられるが、この場合、高温の被処理物を回転胴からバルブを経て取り出し部に排出する必要がある。しかし、高温の被処理物がバルブを通過すると、バルブのガスシールが熱影響を受け、寿命が低下するという問題が生じる。
特に、特許文献１の熱処理装置は、回転胴を緩やかに傾斜させることで被処理物を取り出し部へ自然流下させているので、被処理物が取り出し部に流入し始めてから終了するまでに時間がかかり、その分ガスシールに対する熱影響も大きくなる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、処理容器内で熱処理した被処理物を収容容器に流下させる場合に、バルブ装置の流体シールが受ける熱の影響を少なくすることができる熱処理装置及びこれを用いた熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、
処理容器を有し、かつこの処理容器内の被処理物を加熱する加熱装置と、
被処理物を収容可能な収容容器と、
前記処理容器と前記収容容器とを連通し、前記処理容器と前記収容容器との間で被処理物を流通させる流通管と、
前記処理容器よりも下位に前記収容容器を位置させて、前記処理容器内で熱処理された被処理物を前記流通管を介して前記処理容器から前記収容容器へ流下・排出するように、少なくとも前記処理容器の姿勢を変更する姿勢変更手段と、
前記流通管に設けられて当該流通管を開閉し、かつ当該流通管を閉鎖することによって前記処理容器の気密性を保持するバルブ装置と、
前記バルブ装置に設けられた気密保持用の流体シールと、
前記流通管における前記バルブ装置よりも前記処理容器側に設けられ、当該流通管を開閉可能であるとともに、当該流通管を閉鎖することによって、前記姿勢変更手段により姿勢変更された前記処理容器から流下する熱処理後の被処理物を当該流通管内で滞留させ、その後、当該流通管を開放することによって、滞留させた被処理物を開放状態のバルブ装置を通して前記収容容器に排出させるシャッター装置と、を備えていることを特徴としている。

本発明の熱処理装置によれば、姿勢変更手段によって処理容器の姿勢を変更し、熱処理後の被処理物を収容容器に流下・排出するにあたり、一旦、シャッター装置によって流通管を閉鎖することによって被処理物を流通管で滞留させ、その後、シャッター装置を開くことによって被処理物を一気に収容容器に排出することが可能となる。したがって、被処理物がバルブ装置を通過する時間を短くすることができ、バルブ装置の流体シールが被処理物から受ける熱影響を小さくすることができる。

前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管は、一直線状に並べた状態で一体的に接続されていてもよい。この場合、前記姿勢変更手段は、前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管を水平な第１の姿勢と、前記収容容器が前記処理容器よりも下位に位置にする垂直又は傾斜した第２の姿勢との間で回動可能に構成することができる。

この構成によれば、第１の姿勢において処理容器内で被処理物を保持して加熱装置により熱処理を行うことができ、第２の姿勢において流通管を介して処理容器内の被処理物を収容容器に流下・排出することができる。特に、処理容器、収容容器、および流通管を垂直な姿勢に回動させるように構成した場合には、被処理物をより短時間で排出することが可能となり、流体シールに対する熱影響をより小さくすることができる。

また、前記姿勢変更手段は、前記収容容器を前記処理容器よりも上位に位置させて、前記収容容器に収容された熱処理前の被処理物を当該収容容器から前記処理容器へ流下させるように、前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管を垂直又は傾斜した第３の姿勢へと回動可能に構成されていてもよい。これによって、第３の姿勢において流通管を介して収容容器内の被処理物を処理容器に流下・排出することができる。したがって、熱処理前に被処理物を収容容器から処理容器に導入し、熱処理後に処理容器から収容容器へ被処理物を戻すことができる。

熱処理装置は、前記第２の姿勢において、前記処理容器よりも下位に配置された前記収容容器を冷却する冷却装置をさらに備えていることが好ましい。これによって、処理容器から収容容器に被処理物を流下・排出した後、その姿勢のまま冷却装置によって被処理物を冷却することができる。そして、処理容器は冷却されることがないので、処理容器の温度を略一定に保持することができ、次の熱処理に要する時間を短縮することができるとともに、加熱装置のエネルギー消費を少なくすることができる。

本発明は、上述の熱処理装置を用いた熱処理方法において、
前記バルブ装置により前記流通管を閉鎖した状態で、前記加熱装置によって前記処理容器内で被処理物を熱処理する工程と、
熱処理後に、前記バルブ装置によって前記流通管を開放するとともに、前記シャッター装置によって前記流通管を閉鎖する工程と、
前記処理容器を姿勢変更して当該処理容器から熱処理後の被処理物を流下させ、閉鎖された前記シャッター装置によって前記流通管内で被処理物を滞留させる工程と、
前記シャッター装置を開き、滞留していた被処理物を前記収容容器に排出する工程と、
を含むことを特徴としている。

この熱処理方法によれば、姿勢変更手段によって処理容器の姿勢を変更し、加熱装置によって熱処理した後の被処理物を収容容器に流下・排出するにあたり、シャッター装置によって流通管を閉鎖することによって被処理物をシャッター装置において滞留させ、その後、シャッター装置を開くことによって被処理物を一気に収容容器に排出させることができる。したがって、被処理物がバルブ装置を通過する時間を短くすることができ、バルブ装置の流体シールが被処理物から受ける熱影響を少なくすることができる。

本発明の熱処理装置および方法によれば、処理容器内で熱処理した被処理物を収容容器に流下・排出する際に、バルブ装置の流体シールが受ける熱影響を少なくすることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る熱処理装置としての回転レトルト炉を示す正面説明図であり、図１（ｂ）は、回転レトルト炉を示す平面説明図である。回転レトルト炉１０は、被処理物を所定量ずつ熱処理するバッチ式であり、レトルト（処理容器）１１を有する加熱装置１２と、この加熱装置１２を支持する架台１３と、レトルト１１を回転駆動させる駆動部１４と、レトルト１１内を真空引きする真空ポンプ１５と、熱処理前および熱処理後の被処理物を収容する密閉容器（収容容器）１６と、この密閉容器１６を冷却する冷却装置１７と、を備えている。さらに、本実施形態の回転レトルト炉１０は、レトルト１１の姿勢を変更する姿勢変更手段１８を備えている。

加熱装置１２は、内部にヒータ２１を有する炉体２２と、この炉体２２内に配置されたレトルト１１とを備えており、炉体２２は、架台１３によって支持されたフレーム体２３に設けられている。
レトルト１１は、軸心Ｏが水平方向に向くように配置されており、円筒形の胴部１１Ａと、この胴部１１Ａの軸方向両端部に設けられ、軸方向外側ほど先細りとなるように形成された円錐部１１Ｂとを備えている。

一方の円錐部１１Ｂには延長管２５の一端が接続され、この延長管２５の他端には、架台１３に設置された真空ポンプ１５がロータリージョイント２６を介して接続されている。他方の円錐部１１Ｂには流通管２７の一端が接続され、この流通管２７の他端には密閉容器１６が接続されている。延長管２５、流通管２７、および密閉容器１６は、レトルト１１の軸心Ｏと同心状に配置され、これらは一体的に連結されている。

延長管２５および流通管２７は、図示しない受けローラによってフレーム体２３に回転自在に支持されている。また、延長管２５には、駆動部１４を構成するモータ２９の回転動力が、チェーンおよびスプロケット等からなる動力伝達機構３０を介して伝達され、この駆動部１４によって、延長管２５、レトルト１１、流通管２７、および密閉容器１６が一体として軸心Ｏ回りに回転するように構成されている。

流通管２７には、流通管２７を開閉するバルブ装置３１が設けられている。このバルブ装置３１は、閉鎖することによってレトルト１１の気密性を保持可能に構成されている。バルブ装置３１には、気密保持用のガスシール（流体シール）が設けられている。
また、流通管２７にはシャッター装置３２が設けられている。このシャッター装置３２は、流通管２７を開閉するとともに、閉鎖したときに被処理物がレトルト１１と密閉容器１６との間で移動するのを阻止するように構成されている。
バルブ装置３１およびシャッター装置３２は、電磁式あるいはその他の形式によって自動で開閉する構成であってもよいし、手動で開閉する構成であってもよい。

姿勢変更手段１８は、架台１３に対してフレーム体２３を回動自在に支持する支持軸３５と、この支持軸３５回りにフレーム体２３を回動させるアクチュエータ３６とを備える。支持軸３５は、フレーム体２３の一側部（左側部）に配置されている。アクチュエータ３６は、架台１３とフレーム体２３との間に架設された電動シリンダ又は空気圧シリンダであり、このシリンダ３６を伸縮することによって、レトルト１１は水平な姿勢（第１の姿勢；図１（ａ）参照）と垂直な姿勢（第２の姿勢；図２参照）と傾斜した姿勢（第３の姿勢；図３参照）との間で姿勢変更される。このレトルト１１の姿勢変更に伴って、延長管２５、流通管２７、および密閉容器１６も水平な姿勢と垂直な姿勢と傾斜した姿勢との間で姿勢変更される。なお、図１（ａ）に示すように、フレーム体２３および架台１３の他側部（右側部）にはロックピン３７が着脱可能に取り付けられるようになっており、このロックピン３７は、レトルト１１を水平な姿勢とした状態でフレーム体２３を架台１３に対して固定する。

冷却装置１７は、架台１３に隣接して配置されており、図２に示すように、垂直姿勢とされた密閉容器１６を冷却するように構成されている。密閉容器１６は、姿勢変更手段１８によって垂直な姿勢に姿勢変更されると同時に冷却装置１７にセットされる。冷却装置１７は、密閉容器１６に対して冷気や冷却水を吹き付けることによって内部の被処理物を冷却するように構成されている。

次に、本実施の形態の回転レトルト炉１０の動作について説明する。
熱処理開始前、熱処理の対象となる被処理物は密閉容器１６の中に収容されている。そして、レトルト１１を水平姿勢とした状態で真空ポンプ１５を作動させることによって、密閉容器１６の内部の被処理物を吸引し、レトルト１１内に収容する。或いは、図３に示すように、密閉容器１６側が上位となるようにレトルト１１を傾斜させ、被処理物を密閉容器１６からレトルト１１へ自然流下させることによって、被処理物をレトルト１１内に収容し、その後、レトルト１１を水平な姿勢に戻す。
次いで、バルブ装置３１を閉鎖することによってレトルト１１内の真空を保持する。あるいは、必要に応じて図示しない供給管から所定の反応ガスをレトルト１１内に導入する。

次いで、駆動部１４およびヒータ２１を作動させ、レトルト１１を軸心Ｏ回りに回転させながら被処理物を所定の温度で加熱する。そして、所定の熱処理時間が経過した後、ヒータ２１および駆動部１４を停止させる。
次いで、バルブ装置３１を開放するとともにシャッター装置３２を閉鎖し、アクチュエータ３６を作動させることによってレトルト１１を水平姿勢から垂直姿勢に姿勢変更する。これにより、レトルト１１内の被処理物は自然流下により流通管２７に流入するが、シャッター装置３２により遮られて流通管２７内で滞留する。

全ての被処理物がレトルト１１から排出され、流通管２７内で滞留した状態になると、シャッター装置３２を開放し、被処理物を一気に密閉容器１６に排出する。これによって、高温の被処理物がバルブ装置３１を通過する時間が短くなり、バルブ装置３１のガスシールが高温の被処理物から受ける熱影響も小さくなる。そのため、この熱影響によってバルブ装置３１の寿命が低下してしまうといった不都合が少なくなる。また、レトルト１１、流通管２７、および密閉容器１６を垂直な姿勢とすることによって、より短時間で被処理物を排出することができるため、バルブ装置３１が受ける熱影響をより小さくすることができる。

被処理物を密閉容器１６内に収容した後、冷却装置１７を作動させ、密閉容器１６内の被処理物を冷却する。この際、レトルト１１は冷却されないので、所定の熱処理温度、またはそれに近い高温の状態に維持される。そのため、レトルト１１が高温状態で次回の熱処理を開始することができ、熱処理時間を短縮できるとともに、エネルギーの消費を少なくすることが可能となる。

また、レトルト１１から密閉容器１６へ被処理物を流下・排出させる姿勢にすると同時に、密閉容器１６を冷却装置１７にセットすることができるので、密閉容器１６に被処理物を収容した後、即座に冷却工程に移行することができ、サイクルタイムを短縮することが可能となる。また、冷却装置１７は、密閉容器１６だけでなくバルブ装置３１をも冷却することができ、被処理物の通過によって上昇したバルブ装置３１の温度を下げることができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において適宜変更できるものである。例えば、上記実施の形態では、密閉容器１６内に収容された被処理物をレトルト１１内に導入し、熱処理後、再び密閉容器１６に戻すように構成されているが、例えば、レトルト１１の蓋（図示略）を開いて外部から被処理物を導入し、熱処理後の被処理物のみを密閉容器１６に収容するようにしてもよい。

姿勢変更手段１８は、シリンダ３６によってフレーム体２３を持ち上げる構成としているが、クレーン装置等によってフレーム体２３を引っ張り上げる構成とすることもできる。また、レトルト１１から密閉容器１６へ被処理物を流下・排出する際の、これらの姿勢（第２の姿勢）は、必ずしも垂直でなくてもよく傾斜姿勢であってもよい。さらに、密閉容器１６からレトルト１１へ被処理物を流下・排出する際の、これらの姿勢（第３の姿勢）は、必ずしも傾斜姿勢でなくてもよく垂直姿勢であってもよい。

密閉容器１６は、流通管２７およびレトルト１１とともに一体的に姿勢変更するように構成されていなくてもよく、例えば、レトルト１１よりも下位の位置で固定され、流通管２７と蛇腹状等の可撓性を有する筒体により連結されていてもよい。

本発明の熱処理装置は回転レトルト炉１０に限定されることなく、チューブ炉等の他の加熱炉であってもよい。また、被処理物は、レトルト１１から密閉容器１６へ流下することができる態様のものであれば特に限定されず、例えば粉粒体や液体等とすることができる。

（ａ）は本発明の一実施の形態に係る熱処理装置としての回転レトルト炉の正面説明図であり、（ｂ）は回転レトルト炉の平面説明図である。 同熱処理装置においてレトルトを垂直な姿勢にした状態の正面説明図である。 同熱処理装置においてレトルトを傾斜した姿勢にした状態の正面説明図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置
１１ レトルト（処理容器）
１２ 加熱装置
１６ 収容容器
１７ 冷却装置
１８ 姿勢変更手段
２７ 流通管
３１ バルブ装置
３２ シャッター装置

Claims (5)

1. 処理容器を有し、かつこの処理容器内の被処理物を加熱する加熱装置と、
   被処理物を収容可能な収容容器と、
   前記処理容器と前記収容容器とを連通し、前記処理容器と前記収容容器との間で被処理物を流通させる流通管と、
   前記処理容器よりも下位に前記収容容器を位置させて、前記処理容器内で熱処理された被処理物を前記流通管を介して前記処理容器から前記収容容器へ流下・排出するように、少なくとも前記処理容器の姿勢を変更する姿勢変更手段と、
   前記流通管に設けられて当該流通管を開閉し、かつ当該流通管を閉鎖することによって前記処理容器の気密性を保持するバルブ装置と、
   前記バルブ装置に設けられた気密保持用の流体シールと、
   前記流通管における前記バルブ装置よりも前記処理容器側に設けられ、当該流通管を開閉可能であるとともに、当該流通管を閉鎖することによって、前記姿勢変更手段により姿勢変更された前記処理容器から流下する熱処理後の被処理物を当該流通管内で滞留させ、その後、当該流通管を開放することによって、滞留させた被処理物を開放状態のバルブ装置を通して前記収容容器に排出させるシャッター装置と、を備えていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管が一直線状に並べた状態で一体的に接続されており、
   前記姿勢変更手段は、前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管を水平な第１の姿勢と、前記収容容器が前記処理容器よりも下位に位置にする垂直又は傾斜した第２の姿勢との間で回動可能に構成されている請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記第２の姿勢において、前記処理容器よりも下位に配置された前記収容容器を冷却する冷却装置をさらに備えている請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記姿勢変更手段は、さらに前記収容容器を前記処理容器よりも上位に位置させて、前記収容容器に収容された熱処理前の被処理物を当該収容容器から前記処理容器へ流下させるように、前記処理容器、前記収容容器、および前記流通管を垂直又は傾斜した第３の姿勢へと回動可能に構成されている請求項２又は３に記載の熱処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理装置を用いた熱処理方法において、
   前記バルブ装置により前記流通管を閉鎖した状態で、前記加熱装置によって前記処理容器内で被処理物を熱処理する工程と、
   熱処理後に、前記バルブ装置によって前記流通管を開放するとともに、前記シャッター装置によって前記流通管を閉鎖する工程と、
   前記処理容器を姿勢変更して当該処理容器から熱処理後の被処理物を流下させ、閉鎖された前記シャッター装置によって前記流通管内で被処理物を滞留させる工程と、
   前記シャッター装置を開き、滞留していた被処理物を前記収容容器に排出する工程と、
   を含むことを特徴とする熱処理方法。

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