(57)【要約】【課題】  物性の異なる複数の液体を均質に且つ気泡を混入することなく撹拌することができるようにする。【解決手段】  撹拌混合槽１０の槽本体１２内に蛇行して配置された撹拌帯２４とこの撹拌帯２４を伸縮するように駆動する駆動源２６とから成っており、撹拌帯２４を伸縮運動させて液体を上下左右に撹拌して均質な混合を行い、また撹拌帯２４は、液体内にあるので気泡が液体内に混入することがない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘度、比重等の物性の異なる複数の液体が投入されるべき槽本体と前記槽本体内の複数の液体を撹拌して混合する撹拌手段とから成る撹拌混合槽において、前記撹拌手段は、前記槽本体内に蛇行して配置された撹拌帯と前記撹拌帯を伸縮するように駆動する駆動源とから成っていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項２】
請求項１に記載の撹拌混合槽であって、前記撹拌帯の下端は前記槽本体の下方に固定され、上端は前記槽本体の上方に配置され、前記駆動源は、前記撹拌帯の上端を上下するように前記撹拌帯の上端に接続されていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撹拌混合槽であって、前記撹拌帯の伸縮運動は、前記撹拌帯の上端の上死点位置から下死点位置に向かう収縮運動の速度と下死点位置から上死点位置に向かう伸長運動の速度との比が約２：１乃至３：１であるように行われることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項４】
請求項３に記載の撹拌混合槽であって、前記撹拌帯の上死点位置は、液面位置以下となるように設定されていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の撹拌混合槽であって、前記撹拌帯の下死点位置は、液面高さの７０％以下の位置に設定されていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の撹拌混合槽であって、前記槽本体は、その高さと幅との比が１：１乃至２：１となるように設定されていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の撹拌混合槽であって、前記撹拌帯の蛇行ピッチは、略１．５乃至２．５に設定されていることを特徴とする撹拌混合槽。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の撹拌混合槽であって、前記槽本体の形状が薄肉平板型又は核物質の臨界安全上の平板モデルであることを特徴とする撹拌混合槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高温ガス炉用燃料のＵＯ２燃料核等を製造するために、複数の液体を撹拌混合して製造するのに用いられる撹拌混合槽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉燃料用の燃料核は、例えば、次のようにして製造される。まず、液体の滴下原液を調製し、この滴下原液を振動ノズルから滴下して液滴を生成し、この液滴をアンモニア水中で反応させて重ウラン酸アンモニウム（ＡＤＵ）粒子を形成する。このＡＤＵ粒子を空気中で約５００℃で焙焼してＵＯ３粒子とし、これを更に水素中で還元焼結してＵＯ２燃料核を製造する。このＵＯ２燃料核の直径は、振動ノズルの振動数と流量とによって制御される液滴の直径によって一義的に決まり、通常は、５００乃至６００μｍの間で調整される。
【０００３】
滴下原液は、硝酸ウラニウムとＰＶＡ水溶液とテトラヒドロフルフリルアルコール（ＴＨＦＡ）を混合して調製される。この滴下原液を調製する混合槽は、臨界安全上の観点から形状が制限される。例えば、Ｕ２３５濃縮度が１０％以下である場合、平板モデルの厚さは７ｃｍ以下となる。
【０００４】
このような厚さが制限された混合槽内で一般的な撹拌ぺラを使用して粘度、比重などの物性が異なる複数の液体を撹拌して均質な混合液を得ることは難しい。例えば、１０％濃度のＰＶＡ水溶液とＴＨＦＡとを等量混合して得られる増粘材の粘度は、約２００ｃｐであり、比重が約１．０４であるが、これと混合される硝酸ウラニウムの粘度は、約１０ｃｐ、比重は、約１．７０である。増粘材と硝酸ウラニウムの混合比は、約２：１であり、混合した滴下原料の総液量が３０リットルであるとすると、混合槽の外形寸法は、厚さが７ｃｍ、横寸法が約４．３ｃｍ、高さが約１００ｃｍとなる。
【０００５】
この条件で混合槽内に撹拌ぺラを使用すると、その回転直径は、７ｃｍ未満としなければならないので、液体の混合効率が悪く、その上、非常に高い速度で強引に撹拌ペラを回転すると、渦流によって滴下原液中に多くの気泡が混入する。混合効率を高めるために、混合槽の下方から液体を外部に導き、混合槽の上方に液体を戻すポンプ循環系統を駆動すると、ポンプの回転と配管中に残留する空気が滴下原液中に混入して気泡を発生する。
【０００６】
Ｕ２３５濃縮度が１０％を超えると、平板モデルの厚さ制限値は更に小さく、また混合槽の容積が増大すると、槽の横幅と高さとが大きくなるので、撹拌ペラを備えた混合槽の液体の均質混合が一層困難となる。
【０００７】
滴下原液に気泡が混入していると、この滴下原液を液滴生成用の振動ノズルに送る前に、滴下原液から脱泡処理を行うことが必要となる。しかし、混合槽で調製された滴下原液の物性値は、粘度が約７０ｃｐ、比重が約１．３であるため、混合槽内を減圧しても脱泡には約３時間も必要となり、相当の時間を要する。このように脱泡工程がＵＯ２燃料核の製造効率を著しく悪くしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、物性が異なる複数の液体を気泡を混入することがなく均質に混合することができる撹拌混合槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の課題解決手段は、粘度、比重等の物性の異なる複数の液体が投入されるべき槽本体とこの槽本体内の複数の液体を撹拌して混合する撹拌手段とから成る撹拌混合槽において、撹拌手段は、槽本体内に蛇行して配置された撹拌帯とこの撹拌帯を伸縮するように駆動する駆動源とから成っていることを特徴とする撹拌混合槽を提供することにある。
【００１０】
本発明の課題解決手段において、撹拌帯の下端は、槽本体の下方に固定され、上端は槽本体の上方に配置され、駆動源は、撹拌帯の上端を上下するように撹拌帯の上端に接続されているのが好ましい。
【００１１】
撹拌帯の伸縮運動は、撹拌帯の上端の上死点位置から下死点位置に向かう収縮運動の速度と下死点位置から上死点位置に向かう伸長運動の速度との比が約２：１乃至３：１であるように行われるのが好ましく、また撹拌帯の上死点位置は、液面位置以下となるように設定され、撹拌帯の下死点位置は、液面高さの７０％以下の位置に設定されているのが好ましい。
【００１２】
槽本体は、その高さと幅との比が１：１乃至２：１となるように設定することが望ましく、撹拌帯の蛇行ピッチは、約１．５から２．５に設定することが望ましい。
【００１３】
また、槽本体の形状は、薄肉平板型又は核物質の臨界安全上の平板モデルであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように、蛇行する撹拌帯の伸縮運動によって混合すべき液体に時計方向や反時計方向の液流が発生して液体が効率よく混合されるが、特に、撹拌帯の収縮運動が早く、伸長運動がゆっくりと行われ、この動作が繰り返されると、液体の流れは、慣性によって混合槽内の上層部で撹拌帯を中心とした両側の領域の液体も撹拌され、均質の混合物が得られる。
【００１５】
また、撹拌帯の上死点位置が液面位置以下であると、撹拌帯の伸縮運動によって気泡が混入することがなく、また混合効率がよいので、混合槽内の液体を外部ポンプ循環系統によって循環する必要がなく、従ってこの循環による気泡の混入も生ずることがなく、良質の混合液体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明に係わる撹拌混合槽１０を概略的に示し、この撹拌混合槽１０は、混合すべき物性の異なる複数の液体が投入されるべき槽本体１２と、この槽本体１２内の複数の液体を撹拌して混合する撹拌手段１４とから成っている。
【００１７】
槽本体１２の下方に設けられた絞り出口１６にはバルブ１８Ａを介して混合液を導出する第１の導管２０Ａとポンプ２２と第２の導管２０Ｂとが順次接続され、第２の導管２０Ｂは、バルブ１８Ｂを介して混合液を槽本体１２の上方に戻すことができる第３の導管２０Ｃとバルブ１８Ｃを介して図示しない振動ノズルに混合液を送る第４の導管２０Ｄとに接続されている。
【００１８】
撹拌手段１４は、槽本体１２内に蛇行して配置された撹拌帯２４と、この撹拌帯２４を伸縮するように駆動する駆動源２６とから成っている。撹拌帯２４は、耐食性、耐摩耗性、耐靭性を有する適宜の材料から作ることができる。耐食性は、混合すべき液体によって侵食されるのを防止し、耐磨耗性は、磨耗により生成する粉末が液体内に混入するのを抑制し、また耐靭性は、撹拌帯２４が伸縮運動するのに耐えることができるようにするのに必要である。図示のように、撹拌帯２４の下端２４ＬＥは、槽本体１２の下方の下部支点１２ＬＰに固定され、上端２４ＵＥは、槽本体１２の上方に配置され、駆動源２６は、撹拌帯２４の上端２４ＵＥを上下するように撹拌帯２４の上端２４ＵＥに接続されている。
【００１９】
更に詳細に述べると、駆動源２６は、詳細には図示していないが、撹拌帯２４の上端２４ＵＥに接続された上下動杆２８と、この上下動杆２８の上端の駆動支点２８Ｓに接続されてこの上下動杆２８を上下動する上下運動発生機構（図示せず）とから成っている。
【００２０】
駆動源２６は、撹拌帯２４の伸縮運動のうち、撹拌帯２４の上端２４ＵＥの上死点位置ＵＣＰから下死点位置ＬＣＰに向かう収縮運動の速度ＶＬと下死点位置ＬＣＰから上死点位置ＵＣＰに向かう伸長運動の速度ＶＵとの比が約２：１乃至３：１であるように上下運動を設定している。即ち、撹拌帯２４の収縮運動は、伸長運動よりも早い速度で行われる。
【００２１】
また、撹拌帯２４の上死点位置ＵＣＰは、液面位置ＬＳ以下となるように設定され、撹拌帯２４の下死点位置ＬＣＰは、液面高さＬＨの７０％以下の位置に設定される。従って、撹拌帯２４の上端２４ＵＥは、その伸縮運動中、液面ＬＳより上方に出ることがなく、また上下の死点間のストロークは、液面高さのＬＨの３０％よりも大きくなることが解る。
【００２２】
槽本体１２は、その高さＨと幅Ｗとの比が１：１乃至２：１となるように設定され、また撹拌帯１２の蛇行ピッチＰは、約１．５から２．５に設定されるのが好ましい。
【００２３】
次に、上記撹拌混合槽の使用状態を述べると、槽本体１２に物性の異なる複数の液体を投入し、撹拌帯２４の上端ＵＥがこの液体の液面ＬＳより下方に位置するようにする。この状態で、駆動源２６を駆動して撹拌帯２４を伸縮運動すると、撹拌帯２４の帯面の抵抗を受けながら液体は撹拌され混合される。
【００２４】
この場合、撹拌帯２４は、上死点位置ＵＣＰから下死点位置ＬＣＰに向かって高い速度で下降して図１の破線で示すように収縮するが、このとき、撹拌混合槽１０内の液体は、撹拌帯２４の左右方向に押し出されるので、撹拌帯２４の左側では時計方向の液流ＳＣが発生し、撹拌帯２４の右側では反時計方向の液流ＳＡが発生し、液体は、これらの液流によって撹拌される。その後、撹拌帯２４が下死点位置ＬＣＰから上死点位置ＵＣＰにゆっくりと上昇して図１の実線で示すように伸長する。これらの伸縮運動が繰り返されて発生する液流ＳＣ、ＳＡは慣性力によって撹拌混合槽１０内の上層部で撹拌帯２４を中心としてその左右の領域の液体も撹拌され、混合効率が向上する。
【００２５】
既に述べたように、撹拌帯２４の上端ＵＥの上死点位置ＵＣＰは、液面ＬＳよりも下方にあるので、撹拌帯２４の伸縮運動によって気泡が液体内に入り込むことがないか、あっても最小限に抑制することができる。
【００２６】
撹拌帯２４の伸縮運動において、撹拌帯２４の収縮運動の速度と伸長運動の速度との比が約２：１乃至３：１であるように設定した理由は、もし、その速度比が１：１又は１未満：１であると、撹拌混合槽１０内の上下方向に撹拌される液流が抑制されて撹拌効率が低下するからである。また、撹拌帯２４の下死点位置ＬＣＰを液面高さＬＨの７０％以下の位置に設定した理由は、もし、これが７０％より大きくすると、撹拌混合槽１０内の上層部で撹拌帯２４を中心とした左右方向の液体の撹拌が抑制されて撹拌効率が低下するからである。
【００２７】
槽本体１２の高さＨと幅Ｗとの比が１：１乃至２：１となるように設定した理由は、もし、この比が１未満：１とすると、撹拌混合槽１０内の上下方向に撹拌される液流が抑制されて同様に撹拌効率が低下するからである。また、撹拌帯１２の蛇行ピッチＰが１．５よりも小さいと、撹拌効果が低下し、また２．５ピッチよりも大きいと、撹拌帯２４の構造が複雑となるので、いずれも好ましくない。
【００２８】
上記のように、撹拌帯２４の撹拌効率は、従来技術の撹拌ペラに比べて混合効率が高いので、ポンプ外部循環系統を駆動する必要がなく、従って混合液に気泡が混入する虞が一層少なくなることが解る。
【実施例】
【００２９】
図１の攪拌混合槽１０に、増粘剤と硝酸ウラニウムとを２：１の混合比で投入した。増粘剤は、１０％濃度のＰＶＡ水溶液とＴＨＦＡを等量混合して調製した。この増粘剤の物性値は、粘度が約２００ｃｐ、比重が約１．０４であった。また、硝酸ウラニウムは、Ｕ２３５濃度が１０％以下であり、その物性値は、粘度約１０ｃｐ、比重約１．７０であった。混合した滴下原液の総液量は、３０リットルであった。
【００３０】
撹拌混合槽１０の槽本体１２の絞り部分の高さＨＬは、２０ｃｍ、幅広部分の高さＨＵは、９０ｃｍとし、横（幅）寸法Ｗは、５４ｃｍとし、臨界安全上の形状制限値７ｃｍ以下を満足させるために、厚みは、６．５ｃｍとした。この混合槽１０に総液量３０リットルの液体を投入すると、液面高さＨは、槽本体１２の最下端から９５．５ｃｍであった。撹拌帯２４の上死点位置ＵＣＰは、液面ＬＳよりも低くなるように、槽本体１２の最下端から９４ｃｍとし、また下死点位置ＬＣＰは、液面高さＨの７０％以下まで沈めるように、槽本体１２の最下端から６４ｃｍとした。従って、上死点位置ＵＣＰと下死点位置ＬＣＯＰとの間のストロークは３０ｃｍであった。
【００３１】
上下動杆２８は、直径が０．６ｃｍのステンレス製の２本の棒から成り、駆動源２６は、この上下動杆２８を毎分１５サイクル上下運動させた。収縮運動の速さと伸長運動の速さとは、３：１に設定した。
【００３２】
撹拌帯２４は、ポリテトラフルオロエチエレン（ＰＴＦＥ）（商品名テフロン）から作られ、幅６ｃｍ、厚さ０．５ｍｍとした。
【００３３】
上記の条件で、増粘剤と硝酸ウラニウムとを撹拌混合し、撹拌混合槽１０の４隅と中央との５ケ所から液体をサンプリングしてその粘度と比重とを測定しつつ最適な混合時間を調査したところ、１５０サイクル（１０分）で撹拌混合槽１０内の滴下原液は均質であることが確認された。また、この滴下原液には気泡が混入していないことも確認され、脱泡作業を必要としなかった。従来の撹拌ペラによる撹拌混合では、同じ液体を均質に混合するのに約０．５時間（３０分）かかり、また脱泡作業に３時間要していたのに比較して、作業時間が相当に短縮することができたことが解る。
【００３４】
なお、上記実施例では、増粘剤と硝酸ウラニウムとを混合して燃料核製造用の滴下原液を製造する例を述べたが、物性が異なる他の複数の液体を混合するのにも本発明は適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、物性が異なる他の複数の液体を均質に混合することができる上に、混合液の中に気泡が混入するのを有効に防止することができ、従って均質で泡を含まない良質の混合液を製造するのに好適であり、特に高温ガス炉用の燃料核を製造するための滴下原液を製造するのに有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る撹拌混合槽の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  撹拌混合槽
１２  槽本体
１２ＬＰ  下部支点
１４  撹拌手段
１６  絞り出口
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ  バルブ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  導管
２２  ポンプ
２４  撹拌帯
２４ＬＥ  撹拌帯の下端
２４ＵＥ  撹拌帯の上端
２６  駆動源
２８  上下動杆
２８Ｓ  駆動支点
ＬＨ  液面高さ
ＬＳ  液面
ＵＣＰ  上死点位置
ＬＣＰ  下死点位置
ＨＵ  幅広部分の高さ
ＨＬ  絞り部分の高さ
ＳＣ、ＳＡ  液流
【図１】
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