(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雑固体廃棄物を溶融するキャニスタ、該キャニスタを囲繞する高周波コイル、外径が該キャニスタの内径より小さく比重が前記キャニスタで発生する非金属溶湯の比重より小さい、下部に鍔を備えた円筒形の誘導加熱体を備え、前記雑固体廃棄物を溶融する際に前記誘導加熱体の一部が溶湯と未溶融部の界面付近に位置することを特徴とする雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉。
【請求項２】
前記誘導加熱体の下部が下端に近いほど断面積が小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉。
【請求項３】
前記誘導加熱体の下部にスリットが入っていることを特徴とする請求項１または２記載の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉。
【請求項４】
前記誘導加熱体の下部に穴空け加工されていることを特徴とする請求項１または２記載の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉。
【請求項５】
固体を溶融するキャニスタ、該キャニスタを囲繞する高周波コイルを備えた高周波誘導炉において前記キャニスタに投入して発熱させる誘導加熱体であって、導電性を持ち外径が該キャニスタの内径より小さい、下部に鍔を備えた円筒形で、比重が前記固体の溶融した溶湯より小さいことを特徴とする誘導加熱体。
【請求項６】
下部が下端に近いほど断面積が小さく形成されていることを特徴とする請求項５記載の誘導加熱体。
【請求項７】
下部にスリットが入っていることを特徴とする請求項５または６記載の誘導加熱体。
【請求項８】
下部に穴空け加工が施されていることを特徴とする請求項５または６記載の誘導加熱体。
【請求項９】
キャニスタを高周波コイル内の空間に据え、半分以上が金属からなる廃棄物を装荷して高周波誘電加熱を開始し、金属が溶融したところで導電性を持ち外径が該キャニスタの内径より小さい、下部に鍔を備えた円筒形をした溶湯より比重の小さい誘導加熱体を該キャニスタ内に挿入し、さらに金属と非金属が混在する雑固体廃棄物を該キャニスタに投入して雑固体廃棄物が溶融した後、冷却し、固化させることを特徴とする雑固体廃棄物溶融方法。
【請求項１０】
前記雑固体廃棄物が溶融した後に前記誘導加熱体を引き出すことを特徴とする請求項９記載の雑固体廃棄物溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体廃棄物、特に原子力発電所で発生する雑固体廃棄物の溶融方法および溶融用高周波誘導炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所や放射性物質取扱施設などで発生する低レベル放射性廃棄物のうち、断熱材や構造材廃材等の雑固体廃棄物は埋設処分される。処分に際しては、廃棄物を２００リットルドラム缶に詰め、隙間にモルタルを充填した廃棄体を製造する。処分費用を軽減するため、廃棄物をドラム缶に詰める前に減容することが望まれる。
【０００３】
雑固体廃棄物の減容方法の一つに、高周波誘導加熱炉を用いて廃棄物を溶融、固化する方法がある。キャニスタ内に装荷した雑固体廃棄物を高周波電力により誘導加熱して雑固体廃棄物を溶融させ、適宜雑固体廃棄物を追加投入しながら減容する。その後、キャニスタ内で溶湯を固化させ、キャニスタごとドラム缶に詰め、隙間にモルタルを充填して廃棄体とする。なお、通常、雑固体廃棄物には金属と非金属が含まれる。
【０００４】
キャニスタが使い捨てであるため、アルミナなどの安価な非導電性セラミックキャニスタを用い、雑固体廃棄物に含まれる金属を高周波で誘導加熱して溶融、減容する方法が好まれる。雑固体廃棄物に含まれる非金属は、発熱した金属を熱源として熱伝導により加熱する。
【０００５】
この場合、雑廃棄物中の金属のみを熱源とするため非金属リッチな雑固体廃棄物では十分な温度が確保できない。したがって、雑固体廃棄物中にはある程度以上の金属を含んでいる必要がある。
【０００６】
なお、非金属リッチな雑固体廃棄物を溶融、減容する場合、導電性セラミックキャニスタを用いて高周波により誘導加熱を行うことも考えられる。キャニスタを導電性とすることで高周波によりキャニスタ自体を発熱させることができ、非金属の混合割合に関わらずキャニスタを熱源として雑固体廃棄物を溶融することが可能となる。
【０００７】
しかし、キャニスタは使用の都度雑固体廃棄物と共に廃棄するので、導電性セラミックキャニスタを用いると、キャニスタが高価であるためランニングコストが非常に高くなる。
【０００８】
さらに、非導電性セラミックキャニスタの周囲に導電性物質からなる誘導加熱体を設置し、キャニスタの外部からキャニスタ全体を加熱して非金属を溶融させる方法もある。しかし、アルミナなどの非導電性セラミックの融点は雑廃棄物中の非金属の融点に比べて著しく高いわけではないので、キャニスタ外部から加熱してキャニスタ内の非金属を溶融しようとするとキャニスタが溶損することがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、非金属リッチな雑固体廃棄物を安価な非導電性セラミックキャニスタを用いて溶融することができる雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉及び雑固体廃棄物溶融方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉は、雑固体廃棄物を溶融するキャニスタ、キャニスタを囲繞する高周波コイル、外径がキャニスタの内径よりやや小さい円筒形の誘導加熱体を備え、雑固体廃棄物を溶融する際に誘導加熱体の一部が溶湯と未溶融部の界面付近に位置することを特徴とする。
【００１１】
本発明の雑固体廃棄物溶融方法では、まずキャニスタに主に金属からなる廃棄物を装荷し、高周波加熱で溶融して金属溶湯を作る。次に、非金属を含む雑固体廃棄物を順次投入して加熱を続け、廃棄物を溶融させる。なお、通常は金属の方が非金属より比重が大きいため溶湯は下部の金属層と上部の非金属層に分離する。
【００１２】
高周波電力により金属が発熱し金属からの伝熱で非金属が加熱されるため、非金属の割合がある程度以下であれば非金属の溶融も可能である。金属溶湯に非金属リッチな廃棄物を投入すると、金属溶湯からの伝熱で非金属が溶融し、金属溶湯層の上に非金属溶湯層ができる。金属溶湯層で発生した熱が非金属溶湯層を伝わって未溶融非金属に達し、未溶融非金属が溶融する。
【００１３】
しかし、非金属溶湯層および未溶融非金属からキャニスタ壁を介して熱が外部へ放出され損失するため、金属溶湯における発熱量に対して非金属の量が多くなると、未溶融非金属を融点まで熱することが困難になる。したがって、非金属溶湯層と未溶融非金属との界面付近に熱を集中させる必要がある。
【００１４】
そこで誘導加熱体を挿入する。誘導加熱体は一部が非金属溶湯層と未溶融非金属との界面に位置するように設置する。本発明の誘導加熱体は、導電性を持ち外径がキャニスタ内径よりやや小さい円筒形であることを特徴とする。
なお、誘導加熱体は最初からキャニスタに装荷しておいてもよいし、金属リッチな廃棄物が溶融したのち非金属リッチな廃棄物を投入する前に挿入してもよいし、非金属リッチな廃棄物がある程度溶融した後に挿入してもよい。
【００１５】
円筒形の誘導加熱体をキャニスタ内壁を内から覆うように設置すると、誘導加熱体が位置している部分では内容物である雑固体廃棄物とキャニスタ壁とが直接接触しなくなる。誘導加熱体は誘導加熱によって高温になるため、内容物とキャニスタ壁の間に挿入すると、高温の内容物から低温のキャニスタ壁への伝熱を高温の誘導加熱体が阻害するので、内容物の熱がキャニスタ壁を介してキャニスタ外に放出するのを防ぐことができる。
【００１６】
したがって、円筒形の誘導加熱体を非金属溶湯層と未溶融非金属との界面付近に設置すると、特に熱の損失のおそれが大きい非金属溶湯層から未溶融非金属への伝熱の際に熱の外部への漏出を抑えるとともに非金属溶湯層内の対流を促進させ、金属溶湯からの発熱を効率的に未溶融非金属の溶融に利用できる。また、誘導加熱体も高周波加熱によって発熱するため、誘導加熱体から発生した熱も未溶融非金属の溶融に利用される。
【００１７】
金属溶湯からの伝熱と誘導加熱体から発生した熱によって、未溶融非金属を効果的に溶融する。
非金属が全て溶融したら、誘導加熱体を引き抜き、冷却、固化する。誘導加熱体を引き抜かずに廃棄物と一緒に処分してもよい。
【００１８】
なお、誘導加熱体が非金属溶湯層と未溶融非金属との界面に位置するようにするには、誘導加熱体の位置を外部から制御する方法があるが制御・駆動機構が必要になる。また、誘導加熱体をキャニスタ底部から上部付近まで達するものにする方法が考えられるが誘導加熱体が大型になる。
そこで本発明の誘導加熱体は、非金属溶湯より比重を小さくするとよい。
【００１９】
誘導加熱体を非金属溶湯より比重が小さいものとすると、常に誘導加熱体が非金属溶湯層の上面に浮くため、特に制御する必要が無く非常に便利である。
非金属溶湯の比重は３．０程度であるので、例えば黒鉛等、比重が３以下であり導電性を持つ材質で誘導加熱体を形成するのが好ましい。
【００２０】
なお、誘導加熱体を円筒形にすると十分な浮力を得られず誘導加熱体が非金属溶湯層に沈み込む可能性が考えられるが、その場合は誘導加熱体の下部に肉厚の鍔を設け、浮力を確保するとよい。
また、誘導加熱体上部に鍔を設けると、キャニスタの開口から放射して損なわれる熱を誘導加熱体の鍔によって減少させることができるので有利である。
【００２１】
非金属溶湯層は、下面は高温の金属層に接しており上面は低温の未溶融金属に接しているので、上下に温度勾配ができている。また、誘導加熱体は下部が深く沈み込み下端が非金属溶湯層の比較的深部に達することがある。したがって、誘導加熱体の下端が非金属溶湯層の比較的高温部にまで達した場合、非金属溶湯が持つ熱と誘導加熱体が発生する熱で周囲が高温になり、キャニスタ壁に熱負荷をかけることが考えられる。
【００２２】
そこで、誘導加熱体の非金属溶湯層に沈んでいる部分の発熱量を調整して非金属溶湯層の温度勾配を軽減し、キャニスタに与える熱負荷を軽減してもよい。このためには、誘導加熱体の下部の肉厚を徐々に減少させ、発熱密度を調整するとよい。また、誘導加熱体の下部にスリットを入れ、渦電流を阻害することで下部の発熱量を抑えてもよい。誘導加熱体の下部に穴開け加工を施して渦電流を阻害し、下部の発熱量を抑えてもよい。
【００２３】
以上のように、誘導加熱体をキャニスタに挿入することにより、誘導加熱体から発する熱で非金属を加熱できるうえ、金属溶湯で発生した熱を効率よく未溶融非金属に移動させることができ、非金属を含む割合が高い廃棄物も効率的に溶融することができる。
【００２４】
したがって本発明の高周波誘導炉によれば、非導電性キャニスタで非金属リッチな雑固体廃棄物をも溶融することができ、高価な導電性キャニスタを用いる必要がない。なお、本発明の高周波誘導炉では、誘導加熱体が発熱するため、極端な場合では金属を含まない雑固体廃棄物も溶融することができる。
【００２５】
さらに、本発明の高周波誘導炉は金属層で発生した熱を効率よく非金属層に伝達するため、非金属の溶融を促すために過剰な高周波出力で金属層を加熱する必要が無く、金属層の過熱によるキャニスタの溶損を防ぐことができる。さらに、熱分布を穏やかにしてキャニスタ内壁の温度差を低減するためキャニスタへの熱影響を緩和することができる。
【００２６】
また、キャニスタの内部に誘導加熱体を設置したため、キャニスタ内のみを加熱することができる。したがって、キャニスタ外壁は外気に冷却されており、キャニスタの溶損の心配が少ない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例における雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉の断面図である。キャニスタ１を高周波コイル２が取り巻いて誘導加熱しており、キャニスタ１に金属溶湯層３、非金属溶湯層４が形成され、非金属溶湯層４上に未溶融非金属５が投入されている。非金属溶湯層４の中程から未溶融非金属５の上方にかけて円筒形の誘導加熱体６が設置されている。
【００２８】
キャニスタ１は例えばアルミナや酸化ケイ素等の安価で比較的高融点の非導電性物質で形成され、誘導加熱体６は例えば黒鉛等の比重が小さい導電性物質で形成されている。
なお、非金属溶湯の平均比重は約３．０であり、黒鉛系材料の比重が例えば約１．８であるので、誘導加熱体６を黒鉛材で形成すると非金属溶湯層４に対して十分に浮力を得ることができる。
【００２９】
図２に本実施例の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉内の熱の流れを示した。
金属溶湯層３から発した熱は一部はキャニスタ１外に漏れ出し、他は非金属溶湯層４に上昇する。さらに、一部は非金属溶湯層４からキャニスタ１外に漏れ出し、他は未溶融非金属５に伝熱される。誘導加熱体６から発した熱は一部はキャニスタ１壁を介してキャニスタ１外に放出され、他は未溶融非金属５に伝わる。
【００３０】
誘導加熱体６を設置したことにより、未溶融非金属５とキャニスタ１壁とが直接接触しなくなり、未溶融非金属５からキャニスタ１壁への伝熱を抑制することができる。さらに、高温の内容物と低温のキャニスタ１壁の間に高温の誘導加熱体６を挿入したため内容物からキャニスタ１壁への熱流が阻害される。そのため、非金属溶湯層４と未溶融非金属５の界面付近での熱の損失を防ぐことができる。したがって、金属溶湯から発生した熱が効率よく未溶融非金属５に伝達される。そのうえ誘導加熱体６から発生した熱も未溶融非金属５の溶融を促すため、未溶融非金属５を効果的に溶融することができる。加えて、溶融非金属の対流が促進されるため、金属溶湯から発生する熱はさらに効率よく未溶融非金属に伝達される。
【００３１】
したがって、非導電性物質からなるキャニスタを用いても非金属リッチな雑固体廃棄物を十分に溶融できる。また、金属溶湯からの発熱のみに頼らないため、金属溶湯層３を過剰に発熱させる必要が無く、キャニスタ１への熱負荷を抑えることができる。
なお、本実施例の誘導加熱体６は円筒形であるため高周波コイル２から均等に磁力を受け、磁力のセンタリング効果によりキャニスタ１内で安定に位置決めされる。
【００３２】
さらにキャニスタ１への熱負荷を軽減するため、誘導加熱体６の下部から発生する熱を低減させてもよい。誘導加熱体６の下部は非金属溶湯層４の深部に位置するが、非金属溶湯層４は金属溶湯層３に近づくほど高温になっているため、誘導加熱体６から発生する熱と非金属溶湯層４の深部が持つ熱とが相まって誘導加熱体６の下端付近が著しく高温になり、キャニスタ１に大きな熱負荷をかける場合がある。したがって、誘導加熱体６の下部からの発熱を抑えるのが好ましいこともある。
【００３３】
図３に下部からの発熱を抑えた誘導加熱体６の例を示す一部断面図と発熱密度を表すグラフを示した。
図３に示した態様では、図中左側に示すように誘導加熱体６が下部に向けて徐々に肉薄になるよう形成されている。したがって、誘導加熱体６に一様に高周波電流を印加した場合に右側の図に示すように上部から下部にかけて発熱量が徐々に低下するようになっている。
【００３４】
図４および図５は、左側に誘導加熱体６の壁に沿った方向の断面図、右側に誘導加熱体６における発熱密度を模式的に表したグラフを示すものである。
図４に示した態様では、誘導加熱体６の下部に大小のスリットが切られており、誘導加熱体６の上部から下部にかけて段階的にスリットの数が増えるようになっている。スリットが渦電流の発生を阻害するため、スリットの数が多いところほど発熱量が低減する。したがって、本態様の誘導加熱体６では、上部から下部にかけて段階的に発熱量が減少する。
【００３５】
図５に示した態様では、誘導加熱体６の下部に穴空け加工が施してある。誘導体６下部に施した穴が渦電流の発生を阻害するため、誘導加熱体６の下部からの発熱が抑制される。
なお、誘導加熱体の下部から発生する熱量を低下させる方法はこれに限定しないことは言うまでもない。
【００３６】
さらに、誘導加熱体６はより大きな浮力を得るため下部に鍔を設けてもよい。また、上部の開口からの放射熱を低減するため上端に鍔を設けてもよい。図６に上下両端に鍔を設けた誘導加熱体の例を表す断面図を示した。
【００３７】
図７は本発明の１実施例における雑固体廃棄物溶融方法の手順図である。
キャニスタ１に金属リッチな雑廃棄物１０を装荷し（図７（ａ））、図示しない高周波コイルによって加熱する。金属リッチな雑廃棄物１０が高周波誘導加熱により発熱し、溶融して金属溶湯となったら（図７（ｂ））、誘導加熱体６を設置する（図７（ｃ））。誘導加熱体６は比重が小さいため、金属溶湯層３上に浮上する。さらに、非金属リッチな雑廃棄物１１を投入し、加熱を続ける（図７（ｄ））。誘導加熱によって金属溶湯から発生した熱と、誘導加熱体６から発生した熱で非金属リッチな雑固体廃棄物１１が溶融する（図７（ｅ））。誘導加熱体６は非金属溶湯層４に浮上する。更に非金属溶湯の湯面上昇に自動的に追従する。非金属リッチな雑固体廃棄物１１が完全に溶融したら加熱を終了し（図７（ｆ））、誘導加熱体６を引き抜いて冷却、固化する（図７（ｇ））。
【００３８】
なお、誘導加熱体６を引き抜かず溶湯とともに固化してそのまま処分してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉によれば、非金属リッチな雑固体廃棄物を安価な非導電性セラミックキャニスタを用いて溶融することができる。また、キャニスタ内の熱分布が穏やかになり、キャニスタの溶損の心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例における雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉の断面図である。
【図２】本実施例の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉内の熱の流れを示す図である。
【図３】本発明の１実施例の誘導加熱体の一部断面図と発熱密度を表すグラフである。
【図４】本発明の別の実施例の誘導加熱体の一部断面図と発熱密度を表すグラフである。
【図５】本発明のさらに別の実施例の誘導加熱体の一部断面図と発熱密度を表すグラフである。
【図６】本発明の１実施例の誘導加熱体の断面図である。
【図７】本発明の１実施例における雑固体廃棄物溶融方法の手順図である。
【符号の説明】
１  キャニスタ
２  高周波コイル
３  金属溶湯層
４  非金属溶湯層
５  未溶融非金属
６  誘導加熱体
１０  金属リッチな雑廃棄物
１１  非金属リッチな雑廃棄物
【図１】
0003625052.tif 000002
【図２】
0003625052.tif 000003
【図３】
0003625052.tif 000004
【図４】
0003625052.tif 000005
【図５】
0003625052.tif 000006
【図６】
0003625052.tif 000007
【図７】
0003625052.tif 000008