JP5723536B2 - 回転型熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理容器を回転させながら被処理物を熱処理する回転型熱処理装置に関する。

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筒状の回転胴と、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、水平な姿勢と、軸方向他端部（反連結部）側の端部を斜め下方に下げた第１の傾斜姿勢と、斜め上方に上げた第２の傾斜姿勢とに姿勢変更可能であり、第１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、その後、回転胴を水平な姿勢にして熱処理を行い、さらに第２の傾斜姿勢で、回転胴から熱処理後の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部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容器に排出するように構成されている。
このように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。

仮に、回転胴内で被処理物を冷却せず、回転胴から被処理物を排出した後に冷却するようにしたとしても、この排出の際に回転胴を第２の傾斜姿勢に姿勢変更し、さらにその傾斜によって被処理物を自然流下させているので、回転胴から完全に被処理物を排出し終えるまでに時間がかかり、その間の回転胴の温度低下は避けられない。
また、回転胴を傾斜姿勢に姿勢変更するための構造によって装置が大型化、複雑化し、コストも増大するという問題もある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、処理容器の姿勢を変更しなくても加熱処理後の被処理物を迅速に排出することができ、サイクルタイムを短縮することが可能な回転型熱処理炉を提供することを目的とする。

本発明の熱処理装置は、軸方向の一端部に被処理物の排出口を備え、熱処理時に前記排出口よりも被処理物の排出方向の下流側で密閉されて内部が真空状態とされる筒状の処理容器と、前記処理容器内の被処理物を熱処理する加熱装置と、前記処理容器をその軸心回りに正逆両方向に回転駆動可能であり、かつ前記被処理物の熱処理時に前記処理容器を一方向に回転駆動する回転駆動部と、前記処理容器と、回転型熱処理装置の固定側とを相対回転可能に接続するロータリジョイントと、を備えており、
前記処理容器内には、当該処理容器の他方向の回転によって被処理物を前記排出口へ移送する移送羽根が設けられ、
前記ロータリジョイントは、前記処理容器に連結され、軸方向に延びる軸部を有する回転側部材と、前記回転型熱処理装置の固定側に連結され、前記軸部の径方向外側に間隔をあけて配置された軸方向に延びるボス部を有する固定側部材と、前記軸部と前記ボス部との径方向の間に設けられ、前記軸部と前記ボス部とを相対回転可能に連結する軸受と、前記処理容器の内部に通じる、前記軸部と前記ボス部との間をシールし、前記処理容器内の真空を維持するシール部材と、を備え、
前記固定側部材に、冷却媒体を流入させるスペースが形成されていることを特徴とする。

本発明の回転型熱処理装置は、回転駆動部によって処理容器を一方向へ回転させながら加熱装置によって被処理物を熱処理し、その後、回転駆動部によって処理容器を他方向へ回転させることによって移送羽根により被処理物を排出口へ移送し、排出口から排出することができる。したがって、処理容器を傾斜した姿勢に変更して被処理物を自然流下させる従来技術に比べ、迅速に被処理物を排出することができる。そのため、被処理物を排出している間の処理容器の温度低下を少なくすることができ、サイクルタイムを短縮することができる。また、移送羽根は、回転駆動部による処理容器の回転によって被処理物を排出するため、移送羽根を駆動するための装置を別途設ける必要もなく、安価に構成することができる。

前記移送羽根は、前記処理容器の内周面に沿って周回する螺旋形状に形成されていることが好ましい。
このような構成によって、処理容器の一方向への回転によって被処理物を反排出口側へ押し戻し、他方向への回転によって被処理物を移送することができる。

前記処理容器は、前記排出口側が低位となるように傾斜して配置されていることが好ましい。
この構成によれば、処理容器の傾斜によって被処理物を移送羽根まで自然に流動させ、その後、移送羽根による移送動作に迅速に移行することができる。

前記回転型熱処理炉は、前記処理容器の傾斜角度を調整する調整手段をさらに備えていることが好ましい。
この構成により、被処理物の流動性に応じて処理容器の傾斜角度を適切に調節することができる。

前記回転型熱処理炉は、前記処理容器から排出された熱処理済みの被処理物を冷却する冷却装置をさらに備えることが好ましい。
このような構成によって処理容器内での被処理物の冷却は不要となり、熱処理後、即座に被処理物を排出するとともに、処理容器の温度がそれほど低下しないうちに次の熱処理を行うことができる。
前記軸部と前記ボス部との間には、複数の前記軸受が軸方向に離間して配置され、複数の前記軸受の間に前記シール部材が設けられていてもよい。
前記冷却媒体を流入させるスペースは、複数の前記軸受の軸方向の間であって前記シール部材の径方向外側に形成されていてもよい。
また、前記軸部と前記ボス部との間にはグリースが充填されていてもよい。
前記固定側部材には、冷却媒体を流入させるスペースが形成されていてもよい。
前記処理容器は、軸方向に延びる大径部分と、この大径部分に連なって軸方向に延び当該大径部分よりも小径とされた小径部分とを含み、前記ロータリージョイントは、前記回転型熱処理装置の固定側と前記小径部分とを連結するものであってもよい。
前記処理容器は、軸方向に延びる大径部分と、当該大径部分の前記排出口側の端部に設けられ、当該排出口側ほど小径に形成された円錐部とを有し、前記処理容器は、前記排出口側が低位となるように傾斜して配置されるとともに、前記円錐部の下面が前記排出口側へ向けて上り傾斜となるように配置され、前記円錐部内に前記移送羽根が設けられていてもよい。

本発明によれば、処理容器の姿勢を変更することなく加熱処理後の被処理物を迅速に排出することができ、サイクルタイムを短縮することができる。

本発明の実施の形態に係る回転型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る。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 螺旋羽根の斜視図である。 ロータリジョイントを拡大して示す断面図である。

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は、本発明の実施の形態に係る回転型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る。
回転レトルト炉１０は、レトルト１１（処理容器）と、このレトルト１１内の被処理物を熱処理する加熱装置１２と、レトルト１１及び加熱装置１２を支持する支持フレーム１３と、この支持フレーム１３を支持する架台１４と、レトルト１１を回転駆動させる回転駆動部１５と、レトルト１１内を真空引きする真空ポンプ１６と、レトルト１１に熱処理前の被処理物を供給する供給部１７と、レトルト１１から排出された熱処理後の被処理物を受け入れて冷却する後処理部１８とを備えている。

レトルト１１は、筒形状に形成され、その軸心Ｏが横向きとなるように支持フレーム１３に支持されている。レトルト１１は、円筒形状の胴部２０と、この胴部２０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第１円錐部２１及び第２円錐部２２とを備えている。また、レトルト１１は、軸受等を備えた一対の支持部２３，２３によって軸心Ｏ回りに回転自在に支持されている。第１円錐部２１及び胴部２０の内周面には、被処理物を攪拌するための攪拌羽根２４が設けられている。

レトルト１１は、第１円錐部２１及び第２円錐部２２の軸方向外端部（小径部）から同方向外側に延びる第１延長部２５及び第２延長部２６をさらに備えている。一方（左側）の第１延長部２５には供給部１７が接続され、他方（右側）の第２延長部２６の先端部には、レトルト１１外へ被処理物を排出するための排出口２７が形成されている。

加熱装置１２は、支持フレーム１３に支持された炉体２８と、この炉体２８の内部に設けられたヒータ２９とを備えている。炉体２８の内部には、レトルト１１の胴部２０、第１円錐部２１、及び第２円錐部２２が配置され、これらをヒータ２９によって外側から加熱することで、レトルト１１内の被処理物が熱処理される。

レトルト１１や加熱装置１２を支持する支持フレーム１３は、支持部３１によって架台１４に対して所定の角度αを持って傾斜した姿勢で支持されている。したがって、レトルト１１は、その軸心Ｏが水平に対して角度αで傾斜しており、排出口２７が低位に配置されている。傾斜角度αは、後述する被処理物の排出のしやすさを考慮し、被処理物の流動性に応じて０．１〜２０°程度に設定される。レトルト１１の第２円錐部２２は、その下面が排出口２７側へ向けて上り傾斜となるように配置されている。

回転駆動部１５は、支持フレーム１３に取り付けられた駆動体３３と、この駆動体３３の動力をレトルト１１に伝達する動力伝達機構３４とを備えている。本実施形態では、駆動体３３としての電動モータが、動力伝達機構３４としてのチェーンやスプロケットを介してレトルト１１に動力伝達可能に連結されている。また、回転駆動部１５は、正逆回転可能な電動モータを用いるか、又は動力伝達機構３４が正逆切換可能な変速装置を含むことによって、レトルト１１を正逆両方向に回転駆動可能に構成されている。

供給部１７は、被処理物を貯留するホッパ３６と、上端がホッパ３６に接続された供給管３７と、この供給管３７に設けられた第１開閉バルブ３８と、供給管３７の下端に接続されたコンベア装置３９とを備えている。
ホッパ３６は、下方先細り形状に形成され、その下端部に吐出口及び計量部（図示略）を有している。第１開閉バルブ３８は、その開閉によって供給管３７内における被処理物の流通を許容又は阻止する。第１開閉バルブ３８の内部にはガスシールが設けられ、第１開閉バルブ３８を閉じることによってレトルト１１内の気密を保持することが可能となっている。なお、第１開閉バルブ３８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。供給管３７は、レトルト１１の軸心Ｏに対して略垂直な姿勢に配置されている。

コンベア装置３９は、供給管３７の下端部に接続された筒体４１と、この筒体４１の内部に配置されたコンベア部４２とから構成され、筒体４１は、フレキシブル管６１及びロータリジョイント６０を介して、レトルト１１の第１延長部２５に相対回転可能に連結されている。コンベア部４２は、回転軸の周囲に螺旋状の羽根を設けたスクリューコンベアとされ、フレキシブル管６１及びロータリジョイント６０の内部を通って第１延長部２５内に挿入されている。回転軸には、チェーンやスプロケットからなる動力伝達機構４３を介して電動モータ等の駆動体４４が動力伝達可能に連結されている。なお、コンベア部４２は、スクリューコンベアに限らず他の形式のコンベアを使用することができる。

後処理部１８は、レトルト１１の排出口２７に接続された接続部４６と、この接続部４６の下部に接続された解砕部４７と、この解砕部４７の下方に配置された冷却攪拌部４８と、解砕部４７と冷却攪拌部４８とを接続する垂直姿勢の流動管４９と、この流動管４９に設けられた第２開閉バルブ５０と、を備えている。

接続部４６は、箱型乃至筒型に形成され、第２延長部２６の排出口２７から排出された熱処理済みの被処理物を受け入れ可能である。具体的に、接続部４６には、第２延長部２６の先端部が挿入される開口筒４６ａが突設されており、この開口筒４６ａは、フレキシブル管６５及びロータリジョイント６４を介して第２延長部２６に相対回転可能に連結されている。

解砕部４７は、熱処理過程で固まった被処理物が流動管４９で詰まらないように、被処理物を細かく砕く機能を有している。第２開閉バルブ５０は、その開閉によって流動管４９における被処理物の流通を許容又は阻止する。また、第２開閉バルブ５０には、ガスシールが設けられ、第２開閉バルブ５０を閉じることによってレトルト１１内の気密を保持することが可能となっている。

冷却攪拌部４８は、解砕部４７において細かく砕かれた被処理物を、流動管４９を介して受け入れ、被処理物を攪拌しつつ冷却する機能を有する。そして、冷却攪拌部４８の下部には被処理物の取り出し部５１が設けられ、この取り出し部５１から被処理物を取り出し、別途用意された回収容器５２に回収することができる。

真空ポンプ１６は、架台１４に設置されており、接続部４６に対して吸引配管５３を介して接続されている。そして、第１開閉バルブ３８及び第２開閉バルブ５０を閉じた状態で真空ポンプ１６を駆動することによってレトルト１１内を真空状態にすることができる。

図４は、ロータリジョイント６４を拡大して示す断面図である。ロータリジョイント６４は、フレキシブル管６５に固定される固定側部材６７と、第２延長部２６に固定される回転側部材６６とを備えている。回転側部材６６は、第２延長部２６の外周を囲繞する筒状の軸部６６ａと、この軸部６６ａの一端部（左端部）から径方向外方に延び、第２延長部２６に設けられたフランジ部２６ａにボルト固定されるフランジ部６６ｂとを備えている。両フランジ部２６ａ，６６ｂの間には気密を保つためのＯリングからなるシール部材７４が設けられている。

一方、固定側部材６７は、環状の第１ボス部６７ａと、この第１ボス部６７ａの軸方向端部（右端部）にボルト固定される第２ボス部６７ｂとを備え、この第２ボス部６７ｂが、中継リング６８を介してフレキシブル管６５の端部に設けられたフランジ部６５ａにボルト固定されている。第２ボス部６７ｂと中継リング６８との間、及び中継リング６８とフランジ部６５ａとの間には、それぞれ気密を保つためのＯリングからなるシール部材７５，７６が設けられている。また、第１ボス部６７ａには、冷却水が流入するウォータージャケット６７ｃが設けられている。

固定側部材６７の第１，第２ボス部６７ａ，６７ｂの内周面と、回転側部材６６の軸部６６ａの外周面との間には、２つの転がり軸受６９が設けられており、この転がり軸受６９によって回転側部材６６と固定側部材６７とが相対回転可能に連結されている。
また、第１ボス部６７ａの内周面と軸部６６ａの外周面との間で、２つの転がり軸受６９の間には、複数のシール部材７０が設けられ、複数のシール部材７０の配置スペースにグリースが充填されるようになっている。

また、第１ボス部６７ａの軸方向一端部（左端部）には押さえ板７３が固定され、この押さえ板７３と一方（左側）の転がり軸受６９との間にシール部材７１が設けられ、このシール部材７１の配置スペースにもグリースが充填される。同様に、第２ボス部６７ｂと、他方（右側）の転がり軸受６９との間にもシール部材７２が設けられ、このシール部材７２の配置スペースにグリースが充填される。そして、回転側部材６６と固定側部材６７との間に設けられたシール部材７０，７１，７２やこれらの配置スペースに充填されたグリースによって、回転側部材６６と固定側部材６７との間のガスの流通が阻止され、レトルト１１内の真空を維持することが可能となっている。
なお、図示は省略するが、第１延長部２５側に配置されたロータリジョイント６０（図１参照）についても、上記と略同様の構成とされている。

図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は、移送羽根の斜視図である。図１〜図３に示すように、本実施形態のレトルト１１の内部には、被処理物を排出口２７へ移送するための移送羽根５４が設けられている。この移送羽根５４は、レトルト１１の内周面に沿って周回する螺旋形状に形成されている。また、この移送羽根５４は、排出口２７により近い、第２円錐部２２と第２延長部２６の内部に設けられている。移送羽根５４の中心には、軸方向に貫通する貫通孔５５が形成されている。

図１に示すように、第２円錐部２２に設けられた移送羽根５４は、レトルト１１の軸方向外側に向かうほど外径が小さくなっており、第２延長部２６に設けられた移送羽根５４は、第２延長部２６の全長に渡って一定の外径に形成されている。また、移送羽根５４の内径（貫通孔５５の直径）は、移送羽根５４の全体に渡って一定に形成されている。
そして、移送羽根５４は、回転駆動部１５によってレトルト１１を軸心Ｏ回りに正回転（一方向回転）させたときに内部の被処理物を排出口２７とは反対側へ押し戻すように作用し、逆回転（他方向回転）させたときに被処理物を排出口２７側へ移送するように作用する。

次に、本実施の形態の回転レトルト炉１０の動作を説明する。
図１に示すように、熱処理開始前、熱処理の対象となる被処理物はホッパ３６中に貯留されている。ホッパ３６の吐出口及び第１開閉バルブ３８を開くことによって、所定量の被処理物がコンベア装置３９に送られ、さらにコンベア装置３９を作動することによってレトルト１１の胴部２０内に被処理物が供給される。また、レトルト１１内部は、真空ポンプ１６により真空引きされる。

レトルト１１内に被処理物が供給されると、回転駆動部１５によってレトルト１１を正回転させるとともに、加熱装置１２を作動する。これにより、レトルト１１内の被処理物が加熱処理される。レトルト１１は、排出口２７側が低位となるように傾斜しているため、排出口２７側へ向けて被処理物が自然に流れようとするが、移送羽根５４によって押し戻され、さらに攪拌羽根２４によって適切に攪拌される。

所定時間経過後、熱処理が終了すると、回転駆動部１５及び加熱装置１２が停止する。次いで、回転駆動部１５によってレトルト１１を逆回転させるとともに、解砕部４７を作動し、第２開閉バルブ５０を開く。被処理物はレトルト１１の傾斜によって第２円錐部２２の付近まで自然流下し、さらにレトルト１１の逆回転により移送羽根５４によって排出口２７へ移送される。排出口２７へ移送された被処理物は接続部４６に受け入れられるとともに解砕部４７において細かく砕かれ、垂直に配置された流動管４９から即座に冷却攪拌部４８へ流下する。そして、冷却攪拌部４８を駆動することによって、受け入れた被処理物が攪拌されながら冷却される。

以上の動作で１サイクルの処理が終了する。そして、続けて処理を行う場合には、上述の動作が繰り返し行われる。また、冷却攪拌部４８から被処理物を取り出すには、取り出し部５１の下端に回収容器５２をセットし、バルブ５１Ａを開いて回収容器５２に被処理物を充填すればよい。

以上説明した本実施形態の回転レトルト炉１０では、レトルト１１内に移送羽根５４が設けられているので、レトルト１１の逆回転によって被処理物を排出口２７から排出することができる。そのため、従来技術のように被処理物を排出するためにレトルト１１を傾斜姿勢に変更する動作が不要であり、また、被処理物を傾斜によって自然流下させる場合に比べて迅速に被処理物を排出することができる。そのため、１サイクルの処理が終了した後、次のサイクルの処理に移行するまでの時間を短縮し、その間のレトルト１１の温度低下を最小限に抑制することができる。したがって、サイクルタイムを短縮することが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、移送羽根５４は、レトルト１１の逆回転によって作用するため、移送羽根５４を回転させるための駆動部を別途備える必要がない。したがって、移送羽根５４を設けることに伴うコスト増を最小限に抑えることができる。

レトルト１１は、排出口２７側が低位となるように傾斜して配置されているので、被処理物を移送羽根５４の近傍まで自然に流動させることができ、熱処理後、即座に移送羽根５４による被処理物の移送を行うことができる。

また、熱処理後の被処理物は、レトルト１１から排出された後、冷却攪拌部４８において冷却されるので、レトルト１１内において被処理物の冷却を行う必要がない。そのため、レトルト１１の温度を高温に維持したまま次のサイクルの熱処理に短時間で移行することができる。

また、移送羽根５４の軸心には貫通孔５５が形成されているので、レトルト１１内を真空引きする際に移送羽根５４が空気の流動の抵抗になることが少なく、真空ポンプ１６を低負荷で駆動し、迅速にレトルト１１内を真空状態にすることができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された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、レトルト１１や加熱装置１２を支持する支持フレーム１３は、第２支持部３１により架台１４に対して一定の傾斜角度αで配置されているが、第２支持部３１としてボールジャッキ等のジャッキ装置を用いることによって、この傾斜角度αを調整可能に構成してもよい。この場合、被処理物の流動性に応じて被処理物が移送羽根５４の近傍まで流動しやすくなるように傾斜角度αを調整することが可能となる。

また、本発明の熱処理装置は、真空以外の雰囲気用の熱処理装置にも適用することができ、その場合は、上記の実施形態における真空ポンプや真空シールは不要となる。

１０： 回転レトルト炉（回転型熱処理炉）
１１： レトルト（処理容器）
１２： 加熱装置
１５： 回転駆動部
２７： 排出口
３１： 第２支持部（調整手段）
４８： 冷却攪拌部（冷却装置）
５４： 移送羽根

Claims (8)

1. 軸方向の一端部に被処理物の排出口を備え、熱処理時に前記排出口よりも被処理物の排出方向の下流側で密閉されて内部が真空状態とされる筒状の処理容器と、
   前記処理容器内の被処理物を熱処理する加熱装置と、
   前記処理容器をその軸心回りに正逆両方向に回転駆動可能であり、かつ前記被処理物の熱処理時に前記処理容器を一方向に回転駆動する回転駆動部と、
   前記処理容器と、回転型熱処理装置の固定側とを相対回転可能に接続するロータリージョイントと、
   を備えており、
   前記処理容器内には、当該処理容器の他方向の回転によって被処理物を前記排出口へ移送する移送羽根が設けられ、
   前記ロータリージョイントは、
   前記処理容器に連結され、軸方向に延びる軸部を有する回転側部材と、
   前記回転型熱処理装置の固定側に連結され、前記軸部の径方向外側に間隔をあけて配置された軸方向に延びるボス部を有する固定側部材と、
   前記軸部と前記ボス部との径方向の間に設けられ、前記軸部と前記ボス部とを相対回転可能に連結する軸受と、
   前記処理容器の内部に通じる、前記軸部と前記ボス部との径方向の間をシールし、前記処理容器内の真空を維持するシール部材と、を備え、
   前記固定側部材に、冷却媒体を流入させるスペースが形成されていることを特徴とする回転型熱処理装置。
2. 前記軸部と前記ボス部との間には、複数の前記軸受が軸方向に離間して配置され、複数の前記軸受の間に前記シール部材が設けられている、請求項１に記載の回転型熱処理装置。
3. 前記冷却媒体を流入させるスペースが、複数の前記軸受の軸方向の間であって前記シール部材の径方向外側に形成されている、請求項２に記載の回転型熱処理装置。
4. 前記軸部と前記ボス部との径方向の間にグリースが充填される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転型熱処理装置。
5. 前記移送羽根は、前記処理容器の内周面に沿って周回する螺旋形状に形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転型熱処理装置。
6. 前記処理容器は、前記排出口側が低位となるように傾斜して配置され、
   前記処理容器の傾斜角度を調整する調整手段をさらに備えている請求項５に記載の回転型熱処理装置。
7. 前記処理容器から排出された熱処理済みの被処理物を冷却する冷却装置をさらに備えている請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転型熱処理装置。
8. 前記処理容器は、軸方向に延びる大径部分と、この大径部分に連なって軸方向に延び当該大径部分よりも小径とされた小径部分とを含み、
   前記ロータリージョイントは、前記回転型熱処理装置の固定側と前記小径部分とを連結している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転型熱処理装置。

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