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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024160996
(43)【公開日】2024-11-15
(54)【発明の名称】回転炉のための駆動シャフトアセンブリ
(51)【国際特許分類】
F27B 7/26 20060101AFI20241108BHJP
F27B 7/08 20060101ALN20241108BHJP
G21C 3/62 20060101ALN20241108BHJP
【ＦＩ】
F27B7/26
F27B7/08
G21C3/62
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024074595
(22)【出願日】2024-05-02
(31)【優先権主張番号】18/142,275
(32)【優先日】2023-05-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519461772
【氏名又は名称】エックス－エナジー， エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス リンネン
【テーマコード（参考）】
4K061
【Ｆターム（参考）】
4K061AA07
4K061BA09
(57)【要約】
【課題】ウランセラミック燃料が投入された坩堝を壊れることなく回転させるために十分な強度である二部品構成の二次駆動シャフトを提供する。
【解決手段】
本開示は、回転炉のための駆動シャフトアセンブリを対象とする。一つの形態において、回転炉は、坩堝と駆動シャフトアセンブリとを備える。駆動シャフトアセンブリは、一次シャフトと、一次シャフトに結合された二次シャフトとを備える。二次シャフトは、耐熱合金を含む第１の部分であって、第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の部分の第１の端部は、一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、グラファイトを含む第２の部分であって、第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第２の部分の第１の端部は、第１の部分の第２の端部に結合するように構成され、第２の部分の第２の端部は、坩堝に結合するように構成される、第２の部分とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】
本開示は、回転炉のための駆動シャフトアセンブリを対象とする。一つの形態において、回転炉は、坩堝と駆動シャフトアセンブリとを備える。駆動シャフトアセンブリは、一次シャフトと、一次シャフトに結合された二次シャフトとを備える。二次シャフトは、耐熱合金を含む第１の部分であって、第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の部分の第１の端部は、一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、グラファイトを含む第２の部分であって、第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第２の部分の第１の端部は、第１の部分の第２の端部に結合するように構成され、第２の部分の第２の端部は、坩堝に結合するように構成される、第２の部分とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転炉のための駆動シャフトアセンブリであって、
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記回転炉の前記駆動シャフトアセンブリの一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記回転炉の坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える二次シャフト
を備える、駆動シャフトアセンブリ。
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記回転炉の前記駆動シャフトアセンブリの一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記回転炉の坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える二次シャフト
を備える、駆動シャフトアセンブリ。
【請求項2】
前記耐熱合金は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン－ジクロニウム－モリブデン、ハフニウム、又はニオブのうちの一つである、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項3】
前記駆動シャフトの前記第１及び第２の部分は、互いにねじにより結合される、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項4】
前記第１の部分の前記第２の端部は、円筒状開口を有し、前記円筒状開口の内壁の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、
前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容される大きさを有する円筒状部分を有し、
前記第２の部分の前記第１の端部の前記円筒状部分の外部の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、前記第１の部分の前記円筒状開口の前記内壁のねじ山及び前記第２の部分の前記円筒状部分の前記外部のねじ山は、前記第２の部分の前記第１の端部が前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容されたとき、互いに係合するよう構成される、請求項３に記載の駆動シャフトアセンブリ。
前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容される大きさを有する円筒状部分を有し、
前記第２の部分の前記第１の端部の前記円筒状部分の外部の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、前記第１の部分の前記円筒状開口の前記内壁のねじ山及び前記第２の部分の前記円筒状部分の前記外部のねじ山は、前記第２の部分の前記第１の端部が前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容されたとき、互いに係合するよう構成される、請求項３に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項5】
前記第２の部分は、
円筒状部分と、
前記円筒状部分に隣接する矩形状部分と、
前記矩形状部分に隣接する丸形状部分と
を有する、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
円筒状部分と、
前記円筒状部分に隣接する矩形状部分と、
前記矩形状部分に隣接する丸形状部分と
を有する、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項6】
前記二次シャフトの前記第１の部分は、空気通路を有し、
前記二次シャフトの前記第２の部分は、空気通路を有し、
前記二次シャフトの前記第１の部分が前記二次シャフトの前記第２の部分に結合されたとき、前記第１の部分の前記空気通路は、少なくとも気体が前記二次シャフトを通って流動し得るように前記第２の部分の前記空気通路と連通し、
前記第１の部分の前記空気通路及び前記第２の部分の前記空気通路の内径は、少なくとも３インチである、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
前記二次シャフトの前記第２の部分は、空気通路を有し、
前記二次シャフトの前記第１の部分が前記二次シャフトの前記第２の部分に結合されたとき、前記第１の部分の前記空気通路は、少なくとも気体が前記二次シャフトを通って流動し得るように前記第２の部分の前記空気通路と連通し、
前記第１の部分の前記空気通路及び前記第２の部分の前記空気通路の内径は、少なくとも３インチである、請求項１に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項7】
前記二次シャフトが前記回転炉の前記一次シャフトに結合されたとき、前記二次シャフトの前記第１の部分の前記空気通路は、前記一次シャフトの空気通路と連通し、
前記駆動シャフトの前記第１の部分は、液体が前記一次シャフトから前記二次シャフトに進入することを防止するように構成された構造を有する、請求項６に記載の駆動シャフトアセンブリ。
前記駆動シャフトの前記第１の部分は、液体が前記一次シャフトから前記二次シャフトに進入することを防止するように構成された構造を有する、請求項６に記載の駆動シャフトアセンブリ。
【請求項8】
回転炉であって、
坩堝と、
駆動シャフトアセンブリであって
一次シャフトと、
前記一次シャフトに結合された二次シャフトと
を備え、前記二次シャフトは、
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える、
回転炉。
坩堝と、
駆動シャフトアセンブリであって
一次シャフトと、
前記一次シャフトに結合された二次シャフトと
を備え、前記二次シャフトは、
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記一次シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える、
回転炉。
【請求項9】
前記耐熱合金は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン－ジクロニウム－モリブデン、ハフニウム、又はニオブのうちの一つである、請求項８に記載の回転炉。
【請求項10】
前記二次シャフトの前記第１及び第２の部分は、互いにねじにより結合される、請求項８に記載の回転炉。
【請求項11】
前記二次シャフトの前記第１の部分の前記第２の端部は、円筒状開口を有し、前記円筒状開口の内壁の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、
前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容される大きさを有する円筒状部分を有し、
前記第２の部分の前記第１の端部の前記円筒状部分の外部の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、前記第１の部分の前記円筒状開口の前記内壁のねじ山及び前記第２の部分の前記円筒状部分の前記外部のねじ山は、前記第２の部分の前記第１の端部が前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容されたとき、互いに係合するよう構成される、請求項１０に記載の回転炉。
前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容される大きさを有する円筒状部分を有し、
前記第２の部分の前記第１の端部の前記円筒状部分の外部の少なくとも一部分は、ねじ山が切られ、前記第１の部分の前記円筒状開口の前記内壁のねじ山及び前記第２の部分の前記円筒状部分の前記外部のねじ山は、前記第２の部分の前記第１の端部が前記第１の部分の前記第２の端部の前記円筒状開口に受容されたとき、互いに係合するよう構成される、請求項１０に記載の回転炉。
【請求項12】
前記二次シャフトの前記第２の部分は、
前記第２の部分の前記第２の端部の遠位端部に位置する丸形状部分であって、前記丸形状部分は、前記坩堝が前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに前記坩堝の第１の端部との間に封止を作るように構成される、前記丸形状部分と、
前記丸形状部分に隣接する矩形状部分であって、前記矩形状部分は、前記坩堝が前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに前記坩堝の前記第１の端部の相補的に形作られた開口と係合するように構成される、前記矩形状部分と
を有する、請求項８に記載の回転炉。
前記第２の部分の前記第２の端部の遠位端部に位置する丸形状部分であって、前記丸形状部分は、前記坩堝が前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに前記坩堝の第１の端部との間に封止を作るように構成される、前記丸形状部分と、
前記丸形状部分に隣接する矩形状部分であって、前記矩形状部分は、前記坩堝が前記二次シャフトの前記第２の部分の前記第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに前記坩堝の前記第１の端部の相補的に形作られた開口と係合するように構成される、前記矩形状部分と
を有する、請求項８に記載の回転炉。
【請求項13】
前記一次シャフトに結合された駆動モータであって、前記駆動モータは、前記一次シャフトを回転させるように構成される、前記駆動モータ
を更に備え、
前記一次シャフトの回転が、前記二次シャフトを回転させ、
前記二次シャフトの回転が、前記坩堝を回転させる、請求項１２に記載の回転炉。
を更に備え、
前記一次シャフトの回転が、前記二次シャフトを回転させ、
前記二次シャフトの回転が、前記坩堝を回転させる、請求項１２に記載の回転炉。
【請求項14】
前記坩堝の回転が、前記二次シャフトを回転させ、
前記二次シャフトの回転が、前記一次シャフトを回転させる、請求項１２に記載の回転炉。
前記二次シャフトの回転が、前記一次シャフトを回転させる、請求項１２に記載の回転炉。
【請求項15】
前記一次シャフトに結合された後退ばねローダ
を更に備える、請求項１４に記載の回転炉。
を更に備える、請求項１４に記載の回転炉。
【請求項16】
前記二次駆動シャフトの前記第１の部分は、空気通路を有し、
前記二次駆動シャフトの前記第２の部分は、空気通路を有し、
前記二次駆動シャフトの前記第１の部分が前記二次駆動シャフトの前記第２の部分に結合されたとき、前記第１の部分の前記空気通路は、少なくとも気体が前記二次駆動シャフトを通って流動し得るように前記第２の部分の前記空気通路と連通し、
前記第１の第２の前記空気通路及び前記第２の部分の前記空気通路の内径は、少なくとも３インチである、請求項８に記載の回転炉。
前記二次駆動シャフトの前記第２の部分は、空気通路を有し、
前記二次駆動シャフトの前記第１の部分が前記二次駆動シャフトの前記第２の部分に結合されたとき、前記第１の部分の前記空気通路は、少なくとも気体が前記二次駆動シャフトを通って流動し得るように前記第２の部分の前記空気通路と連通し、
前記第１の第２の前記空気通路及び前記第２の部分の前記空気通路の内径は、少なくとも３インチである、請求項８に記載の回転炉。
【請求項17】
前記二次シャフトが前記坩堝に結合されたとき、気体が、
前記二次シャフトの前記第１の部分の前記空気通路から前記二次シャフトの前記第２の部分の前記空気通路内へ、及び前記坩堝の内部へ流動する、又は、
前記坩堝の前記内部から前記二次シャフトの前記第２の部分の前記空気通路内へ、及び前記二次シャフトの前記第１の部分の前記空気通路内へ流動する
のうちの少なくとも一つである、請求項１６に記載の回転炉。
前記二次シャフトの前記第１の部分の前記空気通路から前記二次シャフトの前記第２の部分の前記空気通路内へ、及び前記坩堝の内部へ流動する、又は、
前記坩堝の前記内部から前記二次シャフトの前記第２の部分の前記空気通路内へ、及び前記二次シャフトの前記第１の部分の前記空気通路内へ流動する
のうちの少なくとも一つである、請求項１６に記載の回転炉。
【請求項18】
第２の駆動シャフトアセンブリであって
第２の一次シャフトと、
前記第２の一次シャフトに結合された第２の二次シャフトと
を備え、前記第２の二次シャフトは、
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記第２の一次駆動シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第２の二次シャフトの前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える、第２の駆動シャフトアセンブリ
を更に備え、
前記二次シャフトの前記第２の端部は、前記坩堝の第１の端部に結合し、前記第２の二次シャフトの前記第２の端部は、前記坩堝の第２の端部に結合する、請求項８に記載の回転炉。
第２の一次シャフトと、
前記第２の一次シャフトに結合された第２の二次シャフトと
を備え、前記第２の二次シャフトは、
耐熱合金を含む第１の部分であって、前記第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の部分の前記第１の端部は、前記第２の一次駆動シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、
グラファイトを含む第２の部分であって、前記第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第２の部分の前記第１の端部は、前記第２の二次シャフトの前記第１の部分の前記第２の端部に結合するように構成され、前記第２の部分の前記第２の端部は、前記坩堝に結合するように構成される、第２の部分と
を備える、第２の駆動シャフトアセンブリ
を更に備え、
前記二次シャフトの前記第２の端部は、前記坩堝の第１の端部に結合し、前記第２の二次シャフトの前記第２の端部は、前記坩堝の第２の端部に結合する、請求項８に記載の回転炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
回転炉は、継続的な混合過程において、材料を高温まで上昇させるために使用されるデバイスである。
【背景技術】
【0002】
回転炉は坩堝などの円筒状容器を含み、これは水平状態から傾けられてもよく、傾けられなくてもよい。動作中に、坩堝は、材料が投入され、加熱され、その長手軸の周りで回転される。回転炉がウランセラミック燃料の変換のために利用されるとき、坩堝を回転させる駆動トレインに問題が生じることがある。ウランセラミック燃料が投入された坩堝の重量からのトルクに起因して、従来の高温回転炉における駆動トレインの駆動シャフトは頻繁に壊れてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本開示は、上述された問題に対処するものであり、ウランセラミック燃料が投入された坩堝を壊れることなく回転させるために十分な強度である二部品構成の二次駆動シャフトを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一態様において、本開示は、回転炉のための駆動シャフトを提供する。いくつかの実施態様において、回転炉のための駆動シャフトは、第１の部分と第２の部分とを備える二次シャフトを備える。二次シャフトの第１の部分は、耐熱合金を含み、第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の部分の第１の端部は、回転炉の駆動シャフトアセンブリの一次シャフトに結合するように構成される。二次シャフトの第２の部分は、グラファイトを含み、第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第２の部分の第１の端部は、第１の部分の第２の端部に結合するように構成され、第２の部分の第２の端部は、回転炉の坩堝に結合するように構成される。
【0005】
いくつかの実施態様において、第１の部分の耐熱合金は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン－ジクロニウム－モリブデン、ハフニウム、又はニオブのうちの一つである。
【0006】
いくつかの実施態様において、二次シャフトの第２の部分は、円筒状部分と、円筒状部分に隣接する矩形状部分と、矩形状部分に隣接する丸形状部分とを有する。
【0007】
いくつかの実施態様において、二次シャフトの第１の部分は、空気通路を有し、二次シャフトの第２の部分は、空気通路を有し、二次シャフトの第１の部分が二次シャフトの第２の部分に結合されたとき、第１の部分の空気通路は、少なくとも気体が二次シャフトを通って流動し得るように第２の部分の空気通路と連通し、第１の第２の空気通路及び第２の部分の空気通路の内径は、少なくとも３インチである。
【0008】
別の態様において、本開示は回転炉を提供する。いくつかの実施態様において、回転炉は、坩堝と駆動シャフトアセンブリとを備える。駆動シャフトアセンブリは、一次シャフトと、一次シャフトに結合された二次シャフトとを備える。二次シャフトは、耐熱合金を含む第１の部分を備え、第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の部分の第１の端部は、一次シャフトに結合するように構成される。二次シャフトは、グラファイトを含む第２の部分を更に備え、第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第２の部分の第１の端部は、第１の部分の第２の端部に結合するように構成され、第２の部分の第２の端部は、坩堝に結合するように構成される。
【0009】
いくつかの実施態様において、耐熱合金は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン－ジクロニウム－モリブデン、ハフニウム、又はニオブのうちの一つである。
【0010】
いくつかの実施態様において、二次シャフトの第２の部分は、第２の部分の第２の端部の遠位端部に位置する丸形状部分であって、丸形状部分は、坩堝が二次シャフトの第２の部分の第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに坩堝の第１の端部との間に封止を作るように構成される、丸形状部分と、丸形状部分に隣接する矩形状部分であって、矩形状部分は、坩堝が二次シャフトの第２の部分の第２の端部の少なくとも一部分を受容したときに坩堝の第１の端部の相補的に形作られた開口と係合するように構成される、矩形状部分とを有する。
【0011】
いくつかの実施態様において、二次駆動シャフトの第１の部分は、空気通路を有し、二次駆動シャフトの第２の部分は、空気通路を有し、二次駆動シャフトの第１の部分が二次駆動シャフトの第２の部分に結合されたとき、第１の部分の空気通路は、少なくとも気体が二次駆動シャフトを通って流動し得るように第２の部分の空気通路と連通し、第１の第２の空気通路及び第２の部分の空気通路の内径は、少なくとも３インチである。
【0012】
いくつかの実施態様において、二次シャフトが坩堝に結合されたとき、気体が、二次シャフトの第１の部分の空気通路から二次シャフトの第２の部分の空気通路内へ、及び坩堝の内部へ流動する、又は、坩堝の内部から二次シャフトの第２の部分の空気通路内へ、及び二次シャフトの第１の部分の空気通路内へ流動する、のうちの少なくとも一つである。
【0013】
いくつかの実施態様において、回転炉は、第２の駆動シャフトアセンブリを更に備え、第２の駆動シャフトアセンブリは、第２の一次シャフトと、第２の一次シャフトに結合された第２の二次シャフトとを備える。
【0014】
第２の二次シャフトは、耐熱合金を含む第１の部分であって、第１の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の部分の第１の端部は、第２の一次駆動シャフトに結合するように構成される、第１の部分と、グラファイトを含む第２の部分であって、第２の部分は、第１の端部と第２の端部とを有し、第２の部分の第１の端部は、第２の二次シャフトの第１の部分の第２の端部に結合するように構成され、第２の部分の第２の端部は、坩堝に結合するように構成される、第２の部分とを備え、二次シャフトの第２の端部は、坩堝の第１の端部に結合し、第２の二次シャフトの第２の端部は、坩堝の第２の端部に結合する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本開示は、回転炉のための駆動シャフトアセンブリを対象とする。ウランセラミック燃料が投入された坩堝を回転させたときにドラフトシャフトアセンブリが壊れてしまうという上述された問題に対処するために、本開示において開示される駆動シャフトアセンブリの実施態様は、少なくとも二つの部分を備える二次シャフトを利用する。第１の部分は、駆動シャフトを強化する第１の材料を含み、第２の部分は、坩堝の単純化された搬入及び搬出を提供する第２の材料を含む。加えて、本開示において開示される駆動シャフトアセンブリの実施態様は、ウランセラミック燃料を変換するときに目詰まりを低減する改善された空気通路を提供する。
【0017】
図１は、回転炉１００の断面側面図である。いくつかの実施態様において、回転炉１００は、第１の駆動シャフトアセンブリ１０２と、後退ばねローダ１０４と、ホットゾーン炉１０６と、坩堝１０８と、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０と、駆動モータ１１２とを含む。
【0018】
後退ばねローダ１０４は、第１のドラフトシャフトアセンブリ１０２に結合され、第１の駆動シャフトアセンブリ１０２を第１の駆動シャフトアセンブリ１０２が坩堝１０８の第１の端部と係合される位置から後退位置へと後退させるように構成される。後退ばねローダ１０４は、更に、第１の駆動シャフトアセンブリ１０２を後退位置から第１の駆動シャフトアセンブリ１０２が坩堝１０８の第１の端部と係合される位置へと戻すように移動させるように構成される。
【0019】
同様に、駆動モータ１１２は、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０に結合され、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０を第２の駆動シャフトアセンブリ１１０が坩堝１０８の第２の端部と係合される位置から後退位置へと後退させるように構成される。駆動モータ１１２は、更に、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０を後退位置から第２の駆動シャフトアセンブリ１１０が坩堝１０８の第２の端部と係合される元の位置へと戻すように移動させるように構成される。
【0020】
駆動モータ１１２は、更に、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０を回転させるように構成され、次に、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０は、第２の駆動シャフトアセンブリ１００に結合された坩堝１０８を回転させ、坩堝１０８に結合された第１の駆動シャフトアセンブリ１０２を回転させる。
【0021】
図１において示された回転炉の動作中に、第１及び第２の駆動アセンブリ１０２、１１０が後退位置にある間に、坩堝１０８はホットゾーン炉１０６から取り外される。坩堝１０８には、変換のための材料が投入される。ウランセラミック燃料の変換を取り扱う本出願において記載されているような実施態様において、坩堝１０８には、例えば、二ウラン酸アンモニウム、二酸化ウラン、ウラン炭酸化物（ｕｒａｎｉｕｍ ｏｘｙｃａｒｂｉｄｅ）、窒化ウラン、硝酸ウラニル、Ｕ３Ｏ８、又はグラファイトと混合された酸化ウランが投入され得る。
【0022】
坩堝１０８に材料が投入されると、坩堝１０８はホットゾーン炉１０６内に設置される。更に、第１及び第２の駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０は、それらの後退位置から第１の駆動シャフトアセンブリ１０２が坩堝１０８の第１の端部と係合し、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０が坩堝１０８の第２の端部と係合する位置へと移動される。
【0023】
プログラムが材料の変換を開始すると、ホットゾーン炉１０６が昇温され、それによって坩堝１０８を加熱する。加えて、駆動モータ１１２は第２の駆動シャフトアセンブリ１１０をゆっくりと旋回させる。第２の駆動シャフトアセンブリ１１０の旋回は坩堝１０８を旋回させ、これは、追加的に、第１の駆動シャフトアセンブリ１０２を旋回させる。
【0024】
上記で論じられたように、従来の回転炉がウランセラミック燃料の変換のために利用されるとき、坩堝を回転させる駆動トレインに問題が生じ得る。ウランセラミック燃料が投入された坩堝の重量により、従来の回転炉における駆動トレインの駆動シャフトは、頻繁に壊れてしまう。上述された第１及び第２の駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０などの回転炉の駆動シャフトアセンブリは、二次シャフト１１６に結合された一次シャフト１１４を含み得る。従来の回転炉において、二次シャフト１１６はグラファイト製である。図２を参照すると、ウランセラミック燃料の変換を実施するとき、二次シャフト１１６におけるグラファイトの脆弱性により、坩堝１０８の回転から及ぼされるトルクは、第１及び／又は第２の駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０の一次シャフト１１４と二次シャフト１１６との間の接続ポイント１１８における又はその近くにおける破壊を頻繁にもたらす。
【0025】
動作中に駆動シャフトアセンブリが壊れてしまうことに加えて、従来の回転炉は、ウランセラミック燃料の変換において利用されたとき、目詰まりの問題に頻繁に遭遇する。変換中にホットゾーン炉１０６が坩堝１０８を加熱し、駆動モータ１１２が坩堝１０８を旋回させる間に、気体が第２の駆動シャフトアセンブリ１１０の空気通路から坩堝１０８の内部へ、次いで第１の駆動シャフトアセンブリ１０２の空気通路内へと流動する。目詰まりの問題は、典型的には、第１のドラフトシャフトアセンブリ１０２において、より具体的には、ホットゾーン炉１０６から離れた二次シャフト１１６における冷却により、一次シャフト１１４との接続部に隣接する、二次シャフト１１６におけるポイント１２０において発生する。
【0026】
ウランセラミック燃料の変換において、ウランセラミックを様々な酸化物、窒化物、及び炭化物に酸化、還元、及び／又は変換するために気体が利用される。ウランセラミック燃料の変換のために使用される気体としては、例えば、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水素、及びアンモニアなどがあり得る。
【0027】
ウランセラミック燃料を変換するために回転炉が利用されるときに駆動シャフトアセンブリを壊してしまうという問題及び駆動シャフトアセンブリ内の空気通路の目詰まりの問題に対処するために、本開示は、回転炉のための駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０を提供し、駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０の二次シャフト１１６は、異なる材料を含む二つの部分を備え、駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０の二次シャフト１１６は、目詰まりを低減するために十分な大きさである内部空気通路も含む。
【0028】
図３ａ～図３ｄは、駆動シャフトアセンブリの二次シャフト１１６の第１の部分１２２を示す図であり、図４ａ～図４ｄは、駆動シャフトアセンブリの二次駆動シャフトの第２の部分１２４を示す図であり、図５は、二次シャフト１１６の第２の部分１２４に結合された二次シャフト１１６の第１の部分１２２の斜視図である。
【0029】
図３ａ～図３ｄを参照すると、駆動シャフトアセンブリの二次シャフト１１６の第１の部分１２２の本体部は、全体的に、より大きな円筒部１２８に接続された長細状の円筒部１２６として形作られる。二次シャフト１１６の第１の部分１２２の第１の端部１３０は、一次シャフト１１４の端部に結合するように構成される。
【0030】
いくつかの実施態様において、第１の部分１２２の第１の端部１３０は、一次シャフト１１４の端部を受容するように構成された開口１３４を有し得る。いくつかの実施態様において、開口１３４を画定する壁部は、一次シャフト１１４の少なくとも一部の外部に位置する相補的なねじ山を受容しこれと係合するように構成された、ねじ山を含み得る。
【0031】
他の実施態様において、図３ｅにおいて図示されるように、一次シャフト１１４は、二次シャフト１１６の第１の部分１２２の第１の端部１３０を受容するように構成された開口を有する。いくつかの実施態様において、一次シャフト１１４の開口を画定する壁部は、二次シャフト１１６の第１の部分１２２の第１の端部１３０の外部に形成された相補的なねじ山を受容しこれと係合するように構成された、ねじ山を有し得る。この構成のいくつかの実施態様において、二次シャフトの第１の部分１２２は、しばしば水冷される一次シャフト１１４から、凝縮する水が二次シャフト１１６及びホットゾーン炉１０６内に移動することを防止するように位置する、リップ１３１などの構成を有する。
【0032】
二次シャフトの第１の部分１２２の第２の端部１３２は、二次シャフト１１６の第２の部分１２４に結合するように構成される。第１の部分のより大きな円筒部１２８は、受容されたときに二次シャフト１１６の第２の部分１２４の端部の少なくとも一部分と相補的になる大きさを有する領域を有する円筒状開口１３６を有する。いくつかの実施態様において、円筒状開口１３６を画定する壁部は、二次シャフトの第２の部分１２４の少なくとも一部の外部に位置する相補的なねじ山を受容し係合するように構成された、ねじ山を含み得る。
【0033】
駆動アセンブリ１０２、１１０の二次シャフト１１６を強化するために、二次シャフト１１６の第１の部分１２２及び第２の部分１２４は、異なる材料を含む。いくつかの実施態様において、二次シャフト１１６の第１の部分１２２は、タングステン、タンタル、モリブデン、又はチタン－ジクロニウム－モリブデン（ＴＺＭ）などの耐熱合金を含む。当業者は、これらの耐熱合金はしばしば砕けにくいこと、及び砕けやすいものでも、壊れることを回避するのに十分な厚さであること、又は駆動アセンブリ１０２、１１０の二次シャフト１１６がホットゾーン炉１０６によって加熱されるにつれて著しく酸化することを理解されよう。グラファイトを含む従来の二次駆動シャフト１１６と比べて、耐熱合金は、二次シャフト１１６に強度と、坩堝１０８を回転させるためのトルク要件を処理する性能とを提供する。
【0034】
図４ａ～図４ｄを参照すると、駆動アセンブリシャフトの二次シャフト１１６の第２の部分１２４の本体部は、全体的に、矩形状に形作られた部分１４０に隣接する円筒状に形作られた部分１３８を含み、矩形状に形作られた部分１４０は、丸形状端部１４２に隣接する。
【0035】
二次シャフト１１６の第２の部分１２４の第１の端部１４４は円筒状の形状を有し、二次シャフト１１６の第１の部分１１２の第２の端部１３２に結合するように構成される。上述したように、第２の部分１２４の第１の端部１４４は、一体に結合されたときに二次シャフト１１６の第１の部分１１２の第２の端部１３２の開口１３６の大きさと相補的になる大きさを有し得る。加えて、第２の部分１２４の第１の端部１４４の外部の少なくとも一部分は、第１の部分１２４の第２の端部の開口１３６の壁部のねじ山と係合するように構成されたねじ山を有し得る。
【0036】
二次シャフト１１６の第２の部分１２４の第２の端部１４６は、坩堝１０８と結合するように構成される。いくつかの実施態様において、矩形状に形作られた部分１４０は、坩堝１０８の端部に形成された相補的な矩形状開口と係合するように構成される。他の構成において、矩形状ではなく、例えば、三角形状、五角形状、六角形状などの他の形状が使用され得ることが理解されよう。
【0037】
加えて、二次シャフト１１６の第２の部分１２４の丸形状端部１４２は、坩堝１０８の端部の相補的に形作られた部分と係合し、坩堝の端部との間に封止を作るように構成される。
【0038】
二次シャフト１１６の第２の部分１２４はグラファイトを含む。グラファイトは、二次シャフト１１６及び坩堝１０８が加熱されたとき、二次シャフト１１６の第２の部分１２４が坩堝１０８に融着することを防止し、坩堝１０８を搬入及び搬出するときに使い易さを提供する。加えて、以下においてより詳細に記載されるように、グラファイトは、気体が第２の駆動シャフトアセンブリ１１０内の空気通路から坩堝１０８の内部へ、次いで第１の駆動シャフトアセンブリ１０２内の空気通路内へと流動し得るように、二次シャフト１１６の第２の部分１２４が坩堝１０８と係合したときに効率的な封止を提供する。
【0039】
二次シャフト１１６の第１の部分１２２は、第１の部分１２２を通って気体が流動することを可能とする、第１の部分１２２の長さにわたって延在する少なくとも一つの空気通路１４８を含む（図３ａ～図３ｄを参照）。同様に、二次シャフト１１６の第２の部分１２４は、第２の部分１２２を通って気体が流動することを可能とする、第２の部分１２４の長さにわたって延在する少なくとも一つの空気通路１５０を含む（図４ａ～図４ｄを参照）。
【0040】
二次シャフト１１６の第１の部分１２２及び第２の部分１２４は、第１及び第２の部分１２２、１２４が一体に結合されたとき、第１の部分１２２の空気通路１４８が第２の部分の空気通路１５０と連通するように構成される（図５を参照）。それ故、気体は、二次シャフト１１６の第１及び第２の部分１２２、１２４を通って流動することができる。
【0041】
二次シャフト１１６は、更に、二次シャフト１１６が一次シャフト１１４に結合されたとき、気体が駆動シャフトアセンブリ１０２、１１０を通って流動し得るように、二次シャフト１１６の空気通路１４８、１５０が一次シャフト１１４の空気通路と連通するように構成される。
【0042】
同様に、二次シャフト１１６は、更に、二次シャフト１１６の第２の部分１２４が坩堝１０８に結合されたとき、空気が二次シャフト１１６から坩堝１０８の内部へと流動し得るように、又は空気が坩堝１０８の内部から二次シャフト１１６内へと流動し得るように、第２の部分１２４の空気通路１５０が坩堝１０８の空気通路と連通するように構成される。
【0043】
当業者は、上記のことに鑑みて、第１の駆動シャフトアセンブリ１０２が坩堝１０８に結合され、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０が坩堝１０８に結合されたとき、回転炉１００を通って空気流動路が提供されることを理解されよう。特に、気体は、気体入口１５２において進入し得、第２の駆動シャフトアセンブリ１１０の空気通路を通って流動し得、坩堝１０８の内部を通って流動し得、第１の駆動シャフトアセンブリ１１２の空気通路を通って流動し得、気体出口１５４から外に流出し得る。
【0044】
上述したように、ウランセラミック燃料の変換中に、従来の回転炉の駆動シャフトアセンブリでは、一次シャフト１１４との接続部に隣接する二次シャフト１１６のポイント１２０において目詰まりの問題が頻繁に発生する。多くの場合、目詰まりは、ホットゾーン炉１０６から離れた二次シャフトの温度がより低い部分において空気通路に堆積し、目詰まりさせる材料による。ウランセラミック燃料の変換において、堆積する材料は、しばしば、変換中に原材料から蒸発するシリコンなどの不純物である。空気通路に堆積し、目詰まりさせる可能性のある他の材料としては、水、炭素、及び熱分解からの樹脂副産物などがあり得る。
【0045】
この問題に対処するために、いくつかの実施態様において、二次シャフト１１６の第１の部分１２２の空気通路１４８及び第２の部分１２４の空気通路１５０は、気体の流動を依然として維持しつつ材料の堆積を許容するように拡大される。いくつかの実施態様において、二次シャフト１１６の第１及び第２の部分１２２、１２４の空気通路１４８、１５０の直径は、少なくとも３インチである。
【0046】
ウランセラミック燃料が投入された坩堝を回転させたときにドラフトシャフトが壊れてしまうという問題に対処する回転炉のための駆動シャフトアセンブリの形態が、図１～図５に関連して上述されている。いくつかの実施態様において、駆動シャフトアセンブリは、二つの部分を含む二次シャフトを含む。駆動シャフトアセンブリの一次シャフトに結合される二次シャフトの第１の部分において、二次シャフトの強度を増加するために耐熱合金が利用される。回転炉の坩堝に結合される二次シャフトの第２の部分において、坩堝を搬入及び搬出するときに使い易さを提供するためにグラファイトが利用される。加えて、上述された駆動シャフトアセンブリの二次シャフト内の空気通路は、ウランセラミック燃料を変換するときに目詰まりを低減させるように改善されている。
【0047】
本開示の特定の実施形態及び実施態様が本明細書において具体的に記載されたが、本明細書において図示及び説明された様々な実施形態に対する変形及び修正が本開示の精神及び範囲から逸脱することなく行われ得ることは、本開示が関連する技術分野の当業者には明らかであろう。それ故、本開示は、添付の特許請求の範囲及び適用可能な法の原則によって要求される範囲だけに制限されることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図5a】
【図5b】
【外国語明細書】