JPS5876133A - 粉体圧縮造粒機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば放射性廃棄物粉体を圧縮造粒するの
に好適な粉体圧縮造粒機に関するものである。

たとえば原子力発電所等の放射性物質取扱い設備で発生
する種々の放射性廃棄物は、その特性に応じて各放射性
廃棄物毎に分けて処理または貯蔵している。たとえば、
ＢＷＲ型原子力発電所においては、硫酸ナトリグムを主
成分とする再生廃液などの液状廃棄物はドラム缶内にセ
メント固化されている。また、使用済みのイオン交換樹
脂及びセルロース繊維等のフィルタ助剤は、スラリー状
態のまま原”予力発電所内のタンクに貯蔵されている。

貯蔵費用、貯蔵スペースの低減を目的として、前記廃棄
物を乾燥機で粉体化した後、ブリケラティングマシン等
の粉体圧縮造粒機を用いて圧縮造粒Ｌペレット化するこ
とによシ、廃棄物の大幅な減容を図る装置が最近開発さ
れている。

第１図は、造粒機として用いるブリケラティングマシン
の断面図である。ブリケラティングマシンは、円錐形の
ホッパー７内にスクリューフィーダ８が配置されている
。さらにホッパー７の下部には一対のロール９および１
０が配置されてイル。

一方のロール９は位置が固体されているが、他方のロー
ル１０はバネまた体油圧吟の加圧装置１１によりロール
９の方に押えつけられている。さらにロール９と１０の
外周表面には、圧縮造粒の結果得ようとするペレット６
の２つ割れに相当する形状のポケット１２が刻まれてい
る。

放射性物質を含む処理粉体１３は、ホッパー７内に供給
されスクリューフィーダ８の回転により下部に位置付け
られている各ロール間隙部１４へ送られる。ロール間隙
部１４に送られた処理粉体１３は、同速度で回転する一
対のロール９，１０と同じ速度でロール間隙１４中を下
部に沿って移動する。この際、処理粉体１３はロール１
０を介して加圧装置１１よシ圧縮力を受はペレット６と
なって圧縮造粒される。

この圧縮造粒の際、一定の機械的強度を有したペレット
６を安定して得ることは、放射性ペレットの取シ扱いを
安全゛にし、かつペレット６の長期保管を可能ならしめ
るために極めて重要となるものである。

従来、一般産業用のプリケラティングマシンにおいて、
一定の機械的強度を有するペレットを得るためには、ロ
ールトルク（あるいはロール電力）とペレットの機械的
強にの間に近似的な比例関係のあることを利用し、スク
リューフィーダ８の回転数を制御してロール゛９，１０
で処理粉体１３の予備圧縮量を調整することにより、ロ
ールトルク（あるいはロール電力）を一定としておシ第
２図に示すような制御系を用いている。第２図は、ロー
ル９を一定回転数で回転させるモータ１からロールトル
クをトルク計２で検出するとともに、ＰＩＤ制御器３に
よシロイルトルクが設定値に達するようにスクリューフ
ィーダ用モータ５を制御するものである。なお、前記Ｐ
ＩＤ制御器３にはトルク設定器４から設定されたロール
トルク値が入力されるようになっている。

しかし、従来の産業用ブリケラティングマシンでは、粉
体の組成が一定しているのでこれで良かったが、放射性
廃棄物粉体は組成が時間とともに変動することが予想さ
れる。そこで、組成変動のある粉体をこのような制御機
構を備えたプリケラティングマシンにかけてみたところ
、ペレット化の途中で処理粉体の組成が変化した際、機
械的強度の弱いぺ゛レットが生成され、制御が不可能に
なる場合のあることがわかった。

本発明の目的は、たとえば放射性廃棄物等の粉体を圧縮
造粒するに際し、粉体組成に変動があった場合にあって
も、常に一定の機械的強度を有した造粒を得ることので
きる粉体圧縮造粒機を提供するにある。

このような目的を達成するために、本発明は、粉体が供
給されるホッパーと、このホッパー内において回転する
スクリューフィーダと、前記ホッパー〇下部に配置され
た一対の回転ロールと、からなり、前記スクリューフィ
ーダの回転によりホッパー外に供給される粉体を前記一
対の回転ロールにより圧縮造粒する際に前記スクリュー
フィーダ回転数の制御によシロイルトルクを一定にする
粉体圧縮造粒機において、ホッパーに対する粉体のスリ
ップ状態を検出する検出手段と、この検出手段によって
前記回転ロールの回転数を下げる手段とを備えたもので
ある。

以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明によ名粉体圧縮造粒機の一実施例を示す
構成図である。ロール９を回転させるモ−夕１からロー
ルトル゛りをトルク計２で検出するようになっている。

トルク計２はモータ１の出力軸に取り付けられている。

トルク計２にょシ得られるトルク値はＰＩＤ制御器３に
入力され、このＰＩＤ制御器３によシロールトルクが設
定値に達するようにスクリューフィーダ用モータ５の回
転数を制御するようになっている。ＰＩＤ制御器３には
トルク設定器４から設定されたロールトルク値が入力さ
れるようになっている。また、スリップ検出器１５があ
り、このスリップ検出器１５は、トルク計２の出力を監
視し、ホッパー７に対する粉体のスリップを検出するよ
うになっている。ホッパー７に対する粉体のスリップが
検出された場合には、ロール９の回転数を減少させるよ
うにモータ１に指令が送られるようになっている。スリ
ップ検出器１５からロール９の回転数を変化させる指令
は、たとえばシーケンス制御器あるいはマイクロコンピ
ュータによってなされるようになっている。

このように構成した実施例において、本発明の目的が達
成できる理由について以下述べる。まず、従来の粉体圧
縮造粒機において、処理粉体の組成が変化した場合、機
械的強度の弱いベレットが生成され、制御が不可能にな
る原因を、検討してみる。

ペレットの機械的強度と比例関係にあるロールトルク９
，１０と１．スクリューフィーダ８との回転数との関係
について考える。スクリューフィーダ８は、上述したよ
うに、ホッパー７内の処理粉体１３をロール間隙部１４
へ送る働きをするが、ホッパー７は下部に至るほど狭い
円錐形となっているため、ロール間隙部１４に近づくに
したがい処理粉体１３は圧縮作用を受ける。スクリュー
フィーダ８により圧縮される程度（以下予備圧縮量とい
う）は、スクリューフィーダ８の回転数およびロール９
，１０の回転数に依存する。けだし、スクリューフィー
ダ回転数が大きいほど処理粉体重３のロール間隙部１４
への送シ込み量が増加するため、予備圧縮量も増加する
からである。一方、ロール回転数が大きいほど処理粉体
１３はスムーズに下方へ送られるため、これにともない
予備圧縮量は減少する。スクリューフィーダ８より送ら
れた処理粉体１３をロール９，１０により圧縮成形しペ
レット化する場合、予備圧縮量が大きいほどロール９，
１０は多くの粉体を高密度に圧縮しなければならず、こ
のためロールトルクも大きくなる。したがって、ロール
９，１０の回転数が一定の場合にはスクリューフィーダ
８の回転数が大きいほど、またスクリューフィーダ８の
回転数が一定の場合にはロール９，１０の回転数が小さ
いほど、ロールトルクは大きくなると従来考えられてい
た。このことを示したものが第４図である。

第４図はスクリューフィーダ回転数（ｒ　ｐｍ　）に対
するロールトルクの関係をたとえばロール回転Ｗｇが１
．５ｒｐｍと２ｒｐｍの場合について示したグラフであ
る。

従来化学工業等の他分野で用いられているブリケラティ
ングマシンにおいては、処理粉体の組成が一定している
ため、ロールトルクすなわちペレット強度を一定に保つ
ためにも、スクリューフィーダ８の回転数をほとんど変
化させる必要がなかった。しかし、放射性廃棄物粉体の
場合には、処理粉体の組成が変化するため、それに応じ
てスクリューフィーダ回転数も幅広く変化させる必要が
あることはいうまでもない。そこで、スクリューフィー
ダ８の回転数とロールトルクの関係を広い範囲について
実験的に調べたところ、第５図に示すような結果を得た
。第４図と異なる点は、スフ１１ニーフイーダ８の回転
数がある値のときにロールトルクがピークを持ち、それ
以上回転数を上げるとロールトルクが急激に減少するこ
とである。

また、ピークの値はロール回転数が小さいほど大きくな
るとともに、処理粉体の組成（図中組成の違いｆｔＡ、
Ｂとで区別している）によって変化することが判った。

ここでロールトルクがピークを持つ原因は、スクリュー
フィーダ８により処理粉体１３の予備圧縮を行う場合に
、スフ１）ユ〜フィーダ８とともに処理粉体が回転を始
めることによる。すなわち処理粉体Ｂがスクリューフィ
ーダ８とともに回転を始めると、処理粉体１３をロール
に送りにくくなる結果、予備圧縮が十分になされず、ロ
ールトルクが減少する。この現象は、スクリューフィー
ダ８の回転数がロール９，１ｏの回転数にょシ定まるあ
るしきい値を越えたときに、処理粉体１３とホッパー７
の内壁の間にスリップ（以下粉体スリップという）が起
きることにょシ生じるからである。粉体スリップは、処
理粉体１３とポツパー７の内壁との摩擦係数に依存し、
したがって粉体の組成に依存する。

従来の制御方法を用いた場合、処理粉体１３が第５図中
の粉体Ａから粉体Ｂに変化した場合、ロールトルクは第
５図中の鐸から（２）へと減少するが、スクリューフィ
ーダ８の回転数制御に基づくロールトルク一定制御のた
めスクリューフィーダ８の回転数は増加する。しかし、
ロールトルクのピークを過ぎた時点においては、ロール
トルクすなわちペレット強度はますます減少し制御が不
可能になる。このような欠点を補うには、（１）粉体の
スリップを検出し、（匂スリップを検出した場合には、
粉体のスリップを起こさない条件でブリケラティングマ
シンを運転しなければならないことは明らかとなる。

次に、粉体のスリップ検出方法について第６図を用いて
説明する。第６図は、ホッパー７の内壁に対する粉体の
スリップが生じる場合を境として、時間に対する口〜ル
トルクおよびスクリューフィーダ８の回転数の関係を示
すグラフである。造粒開始後１０分で粉体組成がＡがら
Ｂに変化し、粉体のスリップが起きた場合を考える（と
れは第５図において田から図への変化に対応する）。こ
のとき、上述の現象が起こシ、スクリューフィーダ８の
回転数は増加するにもかかわらず、ロールトルクは時間
とともに減少する。したがって、スクリューフィーダ８
の回転数が増加したにもかかわらず、ロールトルクが設
定値に対したとえば２０％減少したとき（図中α点）に
粉体スリップが生じたと判断する。この値は通常運転時
のロールトルク変動が±１０％程度あることから決定し
た値である。ロールトルクが２０％減少した場合、これ
にともないペレットＦ）機械的強度も約２・０％低下す
るが、これは粉体スリップを検出するまでの一時的なこ
とであり、かつ必要なペレット強度に対し約２倍の強度
を有するようロールトルクを設定・しであるので、２０
％程度の強度低下は実際上問題とならない。また２０％
という値を用いた場合には、上述のようにノイズにより
誤まって粉体スリップを検出することもなくなる。

次に、粉体のスリップを検出した場合の運転方法につい
て述べる。粉体スリップにより、必要なロールトルクが
得られなくなったわけであるから、ロールトルクを設定
値にまで回復することがこの運転方法の目的となる。第
５図に示すように、ロール９．１０の回転数が低いほど
ロールトルクのピーク値は大きいので、粉体スリップを
検出した後は、ロール９，１０の回転数を減少させれば
粉体Ｂに対しても目標とするロールトルクを得ることが
できる。これは第５図中図から（３）への変化に対応す
る。

以上説明したように、粉体のスリップに起因する処理粉
体の予備圧縮不足を監視・検出し、これを検出した場合
には、ロール回転数を低下させることによシ、粉体組成
に変動があっても一定の機械的強度を有したベレットを
安定して得ることが可能であることを確認できる。

したがって、粉体圧縮造粒機を本実施例のように構成し
た場合、時間の経過時に粉体が組成の異なるＡからＢへ
変化した際、その組成変化にともなうホッパー７に対す
る粉体のスリップによりロール回転数（ｒ［）ｍ）、ス
クリューフィーダ回転数、およびロールトルクは第７図
に示すように変化するようになる。なお、第７図中田２
図、（３）は第５図中の■、（２）、（３）に対応する
。第７図において、処理粉体の組成がＡからＢに変化し
、この時点から混合粉体の組成が徐々に変化し、ホッパ
ー７の内壁に対して粉体スリップが生じた場合、スリッ
プ検出器の働きによシロール回転数が低減され、その結
果、スクリューフィーダ回転数も減少しスリップが止ま
り、このためスリップ検出後再びロールトルクはトルク
設定値にまで回復していることがわかる。したがって、
本実施例によれば、粉体スリップが生じた場合にも、第
８図に示すようにペレット強度は一時的に低下するもの
の、約１分後には再びもとの強度に回復する。この場合
一時的なベレット強度低下は上述したように実際上問題
とならない。一方、従来の制御方法では、ひとたび粉体
スリップが起こるとこ゛れを止めることができないため
、ロールトルクは第７図の点線に示すように時間ととも
に減少し続ける。この結果、第８図の点線に示すように
、ペレット強度も減少し続け、同図一点鎖点に示すベレ
ットの必要強度下限値以下となる。

なお、粉体のスリップを検出したとき、第９図に示すよ
うにロール回転数を一時的に大きく低下させる理由を説
明する。粉体スリップはホッパー７の内壁と処理粉体１
３との間で起こシ、処理粉体１３がスクリューフィーダ
°８とともに回転する現象であること、および粉体スリ
ップが起こるスクリューフィーダ８の回転数のしきい値
は処理粉体１３とホッパー７の内壁の間の摩擦力で決ま
る。

スクリューフィーダ８の回転数の増加により、処理粉体
１３とホッパー７の内壁両者の間に働くカが両者の最大
静止摩擦力を起えたときに粉体スリップは始まるが、一
度スリップを始めると両者間の摩擦力は動摩擦力となり
その値が低くなるため、スリップを止めるにはスクリュ
ーフィーダ８の回転数を一時的に十分低下させなければ
ならないことは明らかである。スクリューフィーダ８の
回転数制御によるロールトルク一定制御においては、ロ
ールトルク設定値を下げない場合ロール回転数を十分に
下げなければスクリューフィーダ回転数も粉体スリップ
が止まるまで低くならないことは第５図よシ明らかであ
る。放射性廃棄物粉体である処理粉体１３に対しては、
粉体組成によらず粉体スリップを常に止めるには、ロー
化回転数を０．５ｒｐｍまで低下させれば十分であるこ
とを確認した。粉体スリップ検出後は第７図に示すよう
にロール回転数を一時的に大きく低下させることにより
効果的となる。

本実施例では、ホッパーに対する粉体スリップをロール
トルクの監視°によって検出したものであるが、第９図
（功ないしくｄ）にそれぞれ示すように、ロール電力、
スクリューフィーダ電力（ｔたはスクリューフィーダト
ルク）、ペレット温度上昇分、ホッパー内粉体温度上昇
分（またはホッパー壁温度上昇分）を監視することＫよ
ってそれぞれ極大点が生じる際（図中一点鎖線部）に粉
体スリップが生じていることが確認できることから、こ
れらを監視することによって検出してもよいことはいう
までもない。

以上述べたことから明らかなように、本発明による粉本
圧縮造粒機によれば、たとえば放射性廃棄物等の粉体を
圧縮造粒するに際し、粉体組成に変動があった場合にお
いても、一定の機械的強度を有した造粒を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の粉体圧縮造粒機の一例を示す断面図、第
２図は前記粉体圧縮造粒機の制御装置を示す構成図、第
３図は本発明による粉体圧縮造粒機の一実施例を示す構
成図、第４図ないし第６図は本発明の目的を達成、する
理由を説明するためのグラフで、第４図および第５図は
スクリューフィーダ回転数に対するロールトルクの特性
図、第６図は時間に対するロールトルクおよびスクリュ
ーフィーダ回転数の特性図、第７図および第８図は本発
明による粉体圧縮造粒機の効果を示す説明図で、第７図
は時間に対するロールトルク、ロール回転数、スクリュ
ーフィーダ回転数の関係を示すグラフ、第８図は時間に
対するペレット強度の関係を示すグラフ、第９図は本発
明による粉体圧縮造粒機の他の実施例を示す説明図でホ
ッパーに対する粉体スリップの検出を示すグラフである
。 １・・・ロール用モータ、２・・・トルク計、３・・・
ＰＩＤ制御器、４・・・トルク設定器、５・・・スクリ
ューツイータ用モータ、７・・・ホッパー、８・・・ス
フ’）ユ−７第３因 第４図 人クリユー°：２つ１′−グ田４１−酷２ミ委’に、（
ｒｒ肌ン第　５図 スクリューフィーダＩＥＪ磨ＩＸ（γｒ重２ｖＪ６図 誘　閏　Ｃ今２ ｖ５７日 ８纜ｔ　　閏　　Ｃづう・ン 第　８図 １１号＝ｒＪＡ（づケ・） 笥　′７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉体が供給されるホッパーと、このホッパー内にお
   いて回転するスクリューフィーダと、前記ホッパーの下
   部に配置された一対の回転ロールと、からなり、前記ス
   クリューフィーダの回転によりホッパー外に供給される
   粉体を前記一対の回転ロールにより圧縮造粒する際に前
   記スクリューフィーダ回転数の制御によシロールトルク
   を一定にする粉体圧縮造粒機において、ホッパーに対す
   る粉体のスリップ状態を検出する検出手段と、この検出
   手段によって前記回転ロールの回転数を下げる手段とを
   備えたことを特徴とする粉体圧縮造粒機。 ２、ホッパーに対する粉体のスリップはロールトルクの
   減少によって検出する特許請求の範囲第１項記載の粉体
   圧縮造粒機。 ３、ホッパーに対する粉体のスリップはスクリューフィ
   ーダトルク減少によって検出する特許請求の範囲第１項
   記載の粉体圧縮造粒機。 ４、ホッパーに対する粉体のスリップはロール電力減少
   によって検出する特許請求の範囲第１項記載の粉体圧縮
   造粒機。 ５、ホッパーに対する粉体のスリップはスクリューフィ
   ーダ電力減少によって検出する特許請求の範囲第１項記
   載の粉体圧縮造粒機。 ６、ホッパーに対する粉体のスリップはホッパー内の粉
   体温度低下によって検出する特許請求の範囲第１項記載
   の粉体圧縮造粒機。 ７、ホッパーに対する粉体のスリップはホッパー内壁の
   温度低下によって検出する特許請求の範囲第１項記載の
   粉体圧縮造粒機。