(57)【要約】【課題】高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を減容するための装置と方法について、簡単で迅速な破砕処理・連続的な破砕処理・破砕黒鉛材料の好ましい断片化・大きな減容効果などを満足させることのできるものを提供する。【解決手段】上部の投入口１２や下部の排出口１４を有する破砕処理室１１と、破砕処理室１１の内壁面に設けられた固定破砕刃２２と、破砕処理室１１の排出口１４を覆うように設けられた篩い分け用のスクリーン構造物１６と、破砕処理室１１において回転自在に設けられた回転体３１と、固定破砕刃２２に対応して回転体３１の外周面に設けられた回転破砕刃３３と、スクリーン構造物１６下にあって破砕処理室１１の排出口１４に脱着自在に取り付けられた収納空間を有する破砕物回収部材５１とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を減容するための装置において、上部の投入口や下部の排出口を有する破砕処理室と、破砕処理室の内壁面に設けられた固定破砕刃と、破砕処理室の排出口を覆うように設けられた篩い分け用のスクリーン構造物と、破砕処理室において回転自在に設けられた回転体と、固定破砕刃に対応して回転体の外周面に設けられた回転破砕刃と、スクリーン構造物下にあって破砕処理室の排出口に脱着自在に取り付けられた収納空間を有する破砕物回収部材とを備えていることを特徴とする廃棄黒鉛材料の減容装置。
【請求項２】
固定破砕刃と回転破砕刃との厚さがそれぞれ０．５〜３ｃｍの範囲内にある請求項１に記載の廃棄黒鉛材料の減容装置。
【請求項３】
高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を減容するための方法において、廃棄黒鉛材料を破砕するための手段として請求項１または２に記載の減容装置を用いること、および、廃棄黒鉛材料を破砕するために回転体を回転させて破砕装置を運転状態にすること、および、当該破砕装置の運転状態において廃棄黒鉛材料を破砕処理室に投入してこれを固定破砕刃と回転破砕刃とで破砕するとともにその破砕黒鉛材料を破砕処理室の排出口側にあるスクリーン構造物上に落下させること、および、スクリーン構造物通過後の破砕黒鉛材料を収納空間のある破砕物回収部材で受けて回収することを特徴とする廃棄黒鉛材料の減容方法。
【請求項４】
前処理で破砕された後の廃棄黒鉛材料を破砕処理室に投入して当該廃棄黒鉛材料をさらに小さく破砕する請求項３に記載の廃棄黒鉛材料の減容方法。
【請求項５】
３０ｃｍ角以内かつ２ｃｍ厚以下の寸法を有する廃棄黒鉛材料を破砕する請求項３〜４のいずれかに記載の廃棄黒鉛材料の減容方法。
【請求項６】
廃棄黒鉛材料を１０ｃｍ角以内に破砕する請求項３〜５のいずれかに記載の廃棄黒鉛材料の減容方法。
【請求項７】
回転破砕刃の回転数が２０回／分以下である請求項３〜６のいずれかに記載の廃棄黒鉛材料の減容方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物を減容するための技術分野に属し、より詳しくは高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を物理的な破砕手段で減容するための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の一つとして黒鉛を減速材とする高温ガス炉がある。高温ガス炉の場合は、熱容量が大きくて高温健全性の良好な黒鉛で燃料を含む炉心構造を構成するほか、高温下においても化学反応の起こらない不活性ガス（例：Ｈｅガス）を冷却ガスとして用いる。このようにすることで固有の安全性が高くなり、高い出口温度のＨｅガスが取り出せるようになる。高温ガス炉から得られる約９００℃の高熱は、発電をはじめ、水素製造・化学プラント・その他を含む幅広い分野での熱利用を可能にする。
【０００３】
高温ガス炉の燃料については以下のようにして製造するのが一般である。燃料核をつくるときの初期のステップでは、硝酸ウラニル原液をアンモニア溶液中に滴下して重ウラン酸アンモニウム粒子を形成し、当該粒子を乾燥した後、酸化・還元・焼結する。燃料核を第１被覆層〜第４被覆層で被覆して被覆燃料粒子をつくるときは、燃料核を高温流動床に導入しＣＶＤ法を実施することで各層を形成する。燃料コンパクトをつくるときは、被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材によりコーティングしてオーバコート粒子とした後、そのオーバコート粒子を成形かつ焼結する。燃料棒をつくるステップでは燃料コンパクトを黒鉛筒に封入する。こうして得られた燃料棒を黒鉛ブロックの各挿入口に装填することにより高温ガス炉の燃料ができあがる。
【０００４】
上述した被覆燃料粒子をつくるための工程では、黒鉛ノズル・黒鉛反応管・黒鉛ヒータなどが廃棄物として発生する。このような廃棄黒鉛材料についてはこれを適切に処分しなければならない。これまで知られている炭素系材料の一般的な処分法は焼却とか廃棄とかである。しかしながら、高密度焼結物たる黒鉛材料は燃焼性が悪く、それが原因で燃え残りが生じたりするので完全な焼却処分が困難になる。一方、ビニル袋などに入れて廃棄するという処分も、黒鉛ノズル・黒鉛反応管・黒鉛ヒータなどの嵩が高いために廃棄時の運搬や輸送が効率よく行えず、以降の処理も煩雑で面倒なものになる。
【０００５】
現状で普及している処分法の一つは、作業員が廃棄黒鉛材料をある程度まで砕いてから廃棄するというものである。具体的には廃棄黒鉛材料をビニル袋に入れて包み、その上からハンマで叩くなどして廃棄黒鉛材料を砕き、これの嵩張りを解消している。
【特許文献１】特開平１１−１６５０９１号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４１６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１６７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
廃棄黒鉛材料をハンマで砕いたりしたときは、その砕け具合に応じて嵩張りが解消されるので応分の減容効果が生じる。とはいえ手作業による破砕は、破砕時の力加減や破砕回数などが一定化せず、破砕黒鉛材料のサイズもバラツキがちになるので、大きな減容効果を期待することができない。さらにいうと、破砕時に発生する黒鉛粉塵でビニル袋が不透明状態になるため破砕状況を正確に視認することができず、それが不確かな判断を誘引したりするので、既述のバラツキを回避するのが難しい。もっとも、破砕回数を増数したり破砕一回ごとに破砕状況を手触りで確認したりするときは小さな断片状の破砕黒鉛材料が得られるかのごとくである。しかしこれでは、作業能率が大幅に低下するので作業面からみた実用性が欠如したものになる。
【０００７】
本発明はこのような技術上の課題に鑑み、簡単で迅速な破砕処理・連続的な破砕処理・破砕黒鉛材料の好ましい断片化・大きな減容効果などを満足させることのできる廃棄黒鉛材料の減容装置と減容方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る廃棄黒鉛材料の減容装置は所期の目的を達成するため下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項１に記載の廃棄黒鉛材料の減容装置は、高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を減容するための装置において、上部の投入口や下部の排出口を有する破砕処理室と、破砕処理室の内壁面に設けられた固定破砕刃と、破砕処理室の排出口を覆うように設けられた篩い分け用のスクリーン構造物と、破砕処理室において回転自在に設けられた回転体と、固定破砕刃に対応して回転体の外周面に設けられた回転破砕刃と、スクリーン構造物下にあって破砕処理室の排出口に脱着自在に取り付けられた収納空間を有する破砕物回収部材とを備えていることを特徴とする。      
【０００９】
本発明の請求項２に係る廃棄黒鉛材料の減容装置は、請求項１に記載の装置において、固定破砕刃と回転破砕刃との厚さがそれぞれ０．５〜３ｃｍの範囲内にあることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係る廃棄黒鉛材料の減容方法は所期の目的を達成するため下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項３に記載の廃棄黒鉛材料の減容方法は、高温ガス炉燃料の製造にともなって発生する廃棄黒鉛材料を減容するための方法において、廃棄黒鉛材料を破砕するための手段として請求項１または２に記載の減容装置を用いること、および、廃棄黒鉛材料を破砕するために回転体を回転させて破砕装置を運転状態にすること、および、当該破砕装置の運転状態において廃棄黒鉛材料を破砕処理室に投入してこれを固定破砕刃と回転破砕刃とで破砕するとともにその破砕黒鉛材料を破砕処理室の排出口側にあるスクリーン構造物上に落下させること、および、スクリーン構造物通過後の破砕黒鉛材料を収納空間を有する破砕物回収部材で受けて回収することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係る廃棄黒鉛材料の減容装置は、請求項３に記載の方法において、前処理で破砕された後の廃棄黒鉛材料を破砕処理室に投入して当該廃棄黒鉛材料をさらに小さく破砕することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係る廃棄黒鉛材料の減容方法は、請求項３〜４のいずれかに記載の方法において、３０ｃｍ角以内かつ２ｃｍ厚以下の寸法を有する廃棄黒鉛材料を破砕することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に係る廃棄黒鉛材料の減容方法は、請求項３〜５のいずれかに記載の方法において、廃棄黒鉛材料を１０ｃｍ角以内に破砕することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に係る廃棄黒鉛材料の減容方法は、請求項３〜６のいずれかに記載の方法において、回転破砕刃の回転数が２０回／分以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容装置はつぎのような効果を有する。
(1) 破砕処理室の内壁面に設けられた固定破砕刃と、破砕処理室にある回転体の外周面に設けられた回転破砕刃とで、廃棄黒鉛材料を物理的に破砕してこれを減容するものであるから、破砕処理室内に廃棄黒鉛材料を投入するだけの簡単な操作で減容のための破砕処理を迅速に行うことができ、しかもそれを連続的に行うことができる。したがって廃棄物減容のための破砕処理能力が高く、廃棄黒鉛材料を高能率で減容することができる。
(2) 破砕黒鉛材料については、スクリーン構造物を利用してここを通過した断片のみをその下位の破砕物回収部材で回収する。これは減容上好ましい大きさに断片化された破砕黒鉛材料のみを回収するというのであるから、大きな減容効果を達成することができる。
(3) 上記において、固定破砕刃・回転破砕刃の厚さが０．５〜３ｃｍの範囲内にあるものは、黒鉛ノズル・黒鉛反応管・黒鉛ヒータなどの廃棄黒鉛材料を減容上好ましい大きさに破砕するのに適している。
【００１６】
本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容方法はつぎのような効果を有する。
(4) 上述した本発明装置を用いて廃棄黒鉛材料を減容するので、簡単で迅速な破砕処理・連続的な破砕処理・破砕黒鉛材料の好ましい断片化・大きな減容効果などを満足させることができる。
(5) 上記において、前処理で破砕した後の廃棄黒鉛材料をさらに小さく破砕するときは、小さな破砕エネルギで大きな減容効果を確保することのできる破砕が可能になる。とくに前処理破砕後の廃棄黒鉛材料が３０ｃｍ角以内かつ２ｃｍ厚以下のものであるとき、これを実現するのが容易である。
(6) 上記において、廃棄黒鉛材料を１０ｃｍ角以内に破砕するときは、廃棄黒鉛材料を減容効果の大きい廃棄物に改変することができる。
(7) 上記において、回転破砕刃の回転数が２０回／分以下（回転破砕刃３４の周速が１９ｍ／分以下）であるときは、廃棄黒鉛材料に対して過不足なく破砕エネルギを加えることができるので、減容効果のある破砕黒鉛材料をエネルギロスなく安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
はじめに本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容装置について、その実施形態を図１・図２に基づき説明する。
【００１８】
図１・図２に例示されたケーシング型の破砕処理室１１は上面に投入口１２を有するとともに下面に排出口１４を有するものである。破砕処理室１１の投入口１２は破砕処理室１１の上面に装備された開閉自在な扉蓋１３で開閉できるようになっている。破砕処理室１１の排出口１４には多数の篩孔１５を有するスクリーン構造物１６が設けられている。スクリーン構造物１６は面状の広がりを有するものであり、網目構造・格子構造・多孔構造のいずれからなる。スクリーン構造物１６の篩孔１５については、これを上回る大きさのものをより分けて除去するものであれば円形孔でも多角形孔でも構わない。篩孔１５の一例をいえば、１０ｃｍ角程度の破砕片を通過させることのできる孔径のものである。破砕処理室１１についてさらにいうと、四本の脚１７が底壁の四隅外面に備え付けられており、支持台１８が右側壁の外面に設けられている。破砕処理室１１の前壁内面と後壁内面には櫛歯状の刃物取付台２１が互いに向き合う姿勢で取り付けられている。長さ方向に交互に並ぶ凹部１９と凸部２０とを有する図２を参照して明らかなように、破砕処理室１１の前壁内面にある刃物取付台２１の上面にはボルトなどを介して固定破砕刃２２が脱着自在に取り付けられており、破砕処理室１１の後壁内面にある刃物取付台２１の下面にもボルトなどを介して固定破砕刃２２が脱着自在に取り付けられている。この場合の一例として、破砕処理室前壁側の固定破砕刃２２は刃物取付台２１の各凸部２０の上面を覆うように取り付けられ、破砕処理室後壁側の固定破砕刃２２は刃物取付台２１の各凸部２０の下面を覆うように取り付けられる。
【００１９】
破砕処理室１１内に装備される水平な回転体３１は円柱形または円筒形のものである。回転体３１の両端面からはこれと一体の回転軸３２が突出している。回転体３１の周面には多数の刃物取付腕３３が設けられている。各刃物取付腕３３は図１で明らかなように回転軸３２の長さ方向に等間隔で並んでいて図２のごとく回転軸３２の周面から放射状に突出している。このような構成の回転体３１は破砕処理室１１内に水平に配置されて周知の軸受手段で回転自在に支持される。その場合に回転軸３２が図１のごとく破砕処理室１１の両側面より突出する。回転体３１に設けられた各刃物取付腕３３の先端には、ボルトなどを介して回転破砕刃３４が脱着自在に取り付けられている。より具体的にいうと、各刃物取付腕３３の先端部前面に回転破砕刃３４が取り付けられている。回転破砕刃３４が付された各刃物取付腕３３についてこれを櫛歯状刃物取付台２１との関係でいうと、各刃物取付腕３３は、回転体３１と共に回転するときにその先端部側が刃物取付台２１の各凹部１９内を通過するものである。
【００２０】
図１を参照して明らかなように、回転体３１にはこれの回転軸３２に電動機（モータ）４１が連結される。その電動機４１は支持台１８上に搭載されており、該電動機４１の出力軸４２と回転体３１の回転軸３２とが周知のカップリング４３を介して相互に連結されている。
【００２１】
上述の減容装置で電動機４１は既成のものであるが、これを除く他の構成要素については機械的強度や耐久性に優れた金属・合成樹脂・それらの複合体などが選択的に用いられる。固定破砕刃２２や回転破砕刃３４については厚さ０．５〜３ｃｍの範囲内にあるものが採用される。固定破砕刃２２や回転破砕刃３４の材質としては鋼や超硬合金のように硬いものが望ましい。
【００２２】
図１・図２に例示されたところの収納空間を有する破砕物回収部材５１は、代表的一例としてビニルのような合成樹脂製の袋からなる。このような破砕物回収部材５１は、たとえば細いロープやワイヤなどの締着材５２を介して破砕処理室１１の排出口１４に取り外し可能に装着されるものである。破砕物回収部材５１については収納空間を有する容器であってもよい。
【００２３】
図１・図２において、６１は廃棄黒鉛材料を示し、６２は破砕黒鉛材料を示す。
【００２４】
つぎに本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容方法について、図１・図２を参照してその実施形態を説明する。
【００２５】
図１・図２の減容装置については、電動機４１をオンの状態にして回転体３１を回転状態にする。この際の回転体３１の回転数が２０回／分以下である。これは回転体３１の中心から刃物取付腕３３の先端までが１５０ｍｍであるとき、回転破砕刃３４の周速がおよそ１９ｍ／分以下になるということである。減容装置をこのような運転状態にした後は、扉蓋１３を開閉操作して投入口１２から破砕処理室１１内に廃棄黒鉛材料６１を投入してこれの破砕を開始する。この際の投入口１２には必要に応じてホッパ（図示せず）を装着してもよい。
【００２６】
上記において、投入口１２から破砕処理室１１内に投入される廃棄黒鉛材料６１は既述の黒鉛ノズル・黒鉛反応管・黒鉛ヒータなどである。これらは破砕処理室１１内での破砕前に一次破砕を終えているものである。すなわち、黒鉛ノズル・黒鉛反応管・黒鉛ヒータなどをビニル袋内に入れ、手動工具・機械ハンマ・プレス機など適当な手段で叩き割るとか砕くとかした後のものである。こうして一次破砕された廃棄黒鉛材料６１は自明のとおり原形をかなり下回る寸法となる。その一例をあげれば、３０ｃｍ角以内かつ２ｃｍ厚以下の寸法である。
【００２７】
破砕処理室１１内に投入された一次破砕済みの廃棄黒鉛材料６１は、図２のごとく破砕処理室１１の前壁内面と回転体３１との間に介在する空間へと落下し、刃物取付台２１の上面にある固定破砕刃２２上に一時的に乗る。この刃物取付台２１上の廃棄黒鉛材料６１に対しては、回転体３１と共に回転して刃物取付台２１の凹部１９内を通過しようとする刃物取付腕３３の回転破砕刃３４が衝突してこれを打ち砕く。このように固定破砕刃２２と回転破砕刃３４との協働作業で破砕された廃棄黒鉛材料６１の断片は、破砕処理室１１内をさらに落下してスクリーン構造物１６上に至る。このときの断片がスクリーン構造物１６の篩孔１５よりも小さければ、それが破砕黒鉛材料６２として篩孔１６を通過し、破砕物回収部材５１に回収される。これに対し、スクリーン構造物１６上に留まった各断片（篩孔１５より大きいもの）は、刃物取付腕３３の先端部ですくい上げられながら破砕処理室１１の後壁側へと回転する過程で、刃物取付台２１の下面にある固定破砕刃２２に衝突し、ここで固定破砕刃２２と回転破砕刃３４との協働作業により破砕される。この破砕後のものについては、一部が刃物取付腕３３の先端部で上方へ運ばれ、残部がスクリーン構造物１６上に落下する。この時点で落下した断片も、それが篩孔１６よりも小さければ当該篩孔１６を通過して破砕物回収部材５１に回収される。これで明らかなように、最初の破砕で所定の寸法以下になったものはスクリーン構造物１６を通過していき、それよりも大きい断片も破砕処理室１１内を循環する過程で所定の寸法以下になり、ついにはスクリーン構造物１６を通過する。かくて、破砕処理室１１内に投入された廃棄黒鉛材料６１は、所定時間の経過後、篩孔１５以下のサイズの破砕黒鉛材料６２すなわち減容処理済み廃棄物となり、破砕物回収部材５１に回収される。
【００２８】
廃棄黒鉛材料６１を上記のようにして破砕減容するとき、破砕処理室１１内には一次破砕済みの廃棄黒鉛材料６１を連続的に投入してもよいし断続的に投入してもよい。このいずれの場合も、破砕処理能力に応じ、廃棄黒鉛材料６１の一回当たりの投入量または単位時間あたりの投入量を決定する。このほか、上記の減容された破砕黒鉛材料６２を破砕処理室１１内に入れて再度破砕処理してもよい。
【実施例】
【００２９】
この実施例で廃棄黒鉛材料６１となるものは、燃料核を被覆して被覆燃料粒子をつくるという被覆工程において、被覆燃料粒子の製造後に発生する黒鉛反応管である。具体的にいうと［直径２４ｃｍ］［長さ４０ｃｍ］［厚さ１ｃｍ］［重さ約１ｋｇ］［容積約１５リットル］の黒鉛反応管である。前処理として当該黒鉛反応管をビニル袋に入れた状態でハンマで一次破砕した。かくて得られた約３０ｃｍ角以下の各断片を廃棄黒鉛材料６１とした。
【００３０】
減容装置についていうと、回転体３１の中心から刃物取付腕３３の先端までの長さは約１５０ｍｍである。固定破砕刃２２や回転破砕刃３４は鋼製のもので、四辺の各長さが５ｃｍ、厚さが２ｃｍである。スクリーン構造物１６は篩孔１５の孔径が５ｃｍのものである。破砕処理室１１の排出口１４には、ビニル製の破砕物回収部材５１が取り外し可能にセットされている。回転体３１の回転数は１２回／分である。
【００３１】
上記のような仕様の減容装置において、各断片の大きさが約３０ｃｍ角以下で総重量が約１ｋｇの上記廃棄黒鉛材料６１を適当な供給量で破砕処理室１１内に連続投入したところ、それが固定破砕刃２２と回転破砕刃３４とにより既述のとおり破砕された。破砕後の廃棄黒鉛材料６１は、ほぼ全量がスクリーン構造物１６の篩孔１５を通過し、破砕物回収部材５１に破砕黒鉛材料６２として回収された。これに要した時間は約５分である。回収後の破砕物回収部材５１は、重さが当初と同じ約１ｋｇで、容積が約３リットルである。すなわちこれは、容積約１５リットルの黒鉛反応管（廃棄黒鉛材料）が短時間で約１／６に破砕減容できたということである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容装置と減容方法は、廃棄黒鉛材料を破砕処理室内に投入しさえすれば、固定破砕刃と回転破砕刃を主体にした簡潔な破砕手段でその破砕対象物を短時間で確実に破砕することができる。しかも破砕後の断片をスクリーン構造物で篩に掛けてから回収するから破砕黒鉛材料の大きさにもバラツキがない。したがって当該減容装置と当該減容方法は、廃棄黒鉛材料の減容を機械的に行うときの産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る廃棄黒鉛材料の減容装置と減容方法について、その一実施形態を略示した正面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１    破砕処理室
１２    投入口
１３    扉蓋
１４    排出口
１５    篩孔
１６    スクリーン構造物
２１    刃物取付台
２２    固定破砕刃
３１    回転体
３２    刃物取付腕
３３    回転破砕刃
５１    破砕物回収部材
６１    廃棄黒鉛材料
６２    破砕黒鉛材料
【図１】
2006289281.tif 000003
【図２】
2006289281.tif 000004