(57)【要約】【課題】除染後に研掃材が残存せず、研掃材を噴射ノズルに供給する際の流路の閉塞を起きにくくすることが可能な、表面除染装置及び表面除染方法を提供すること。【解決手段】炭酸ガスハイドレート供給装置１と、圧縮空気供給装置２と、炭酸ガスハイドレート７を被除染物に噴射する噴射ノズル６を備えた炭酸ガスハイドレート噴射装置５と、圧縮空気供給装置２から供給される圧縮空気を用いて炭酸ガスハイドレート供給装置１から炭酸ガスハイドレート噴射装置５に炭酸ガスハイドレート７を移送する炭酸ガスハイドレート移送管４と、炭酸ガスハイドレート噴射装置５に移送された炭酸ガスハイドレート７を噴射ノズル６から被除染物８に向けて噴射するために圧縮空気供給装置２から供給される圧縮空気３をハイドレート噴射装置５に供給する圧縮空気移送管４３と、を備えている炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置。【選択図】図１
2019178875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスハイドレート供給装置と、
圧縮空気供給装置と、
前記炭酸ガスハイドレートを被除染物に噴射する噴射ノズルを備えた炭酸ガスハイドレート噴射装置と、
前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて前記炭酸ガスハイドレート供給装置から前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に炭酸ガスハイドレートを移送する炭酸ガスハイドレート移送管と、
前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを前記噴射ノズルから被除染物に向けて噴射するために前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を前記ハイドレート噴射装置に供給する圧縮空気移送管と、
を有することを特徴とする、炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置。
【請求項２】
前記炭酸ガスハイドレート噴射装置が密閉空間内に配置されており、炭酸ガスが分解して生成された水を含む排水を浄化処理するための排水処理設備を設けると共に、炭酸ガスハイドレートが分解して生成された炭酸ガスを含む排ガスを浄化処理するための排ガス処理設備を有することを特徴とする、
請求項１に記載の炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置。
【請求項３】
圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて、炭酸ガスハイドレート供給装置から炭酸ガスハイドレート噴射装置へ、炭酸ガス移送管を介して炭酸ガスハイドレートを移送する移送工程と、
前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを、炭酸ガスハイドレート噴射装置に備えられた噴射ノズルから、圧縮空気によって被除染物に向けて噴射する噴射工程と、
を有することを特徴とする、炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染方法。
【請求項４】
前記炭酸ガスハイドレートを噴射する噴射工程を密閉空間内で行ない、
前記密閉空間内で発生した排水を処理する排水処理工程と、
前記密閉空間内で発生した排ガスを処理する排ガス処理工程と、
を有することを特徴とする、請求項３に記載の炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物及び物品の表面に付着した放射性物質等の各種汚染物質の処理に関して、炭酸ガスハイドレートを用いて除染する除染装置及び除染方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、原子力発電所の原子炉の廃炉に伴う解体を行う際には、放射性廃棄物を含む廃棄物が多量に発生する。これらの廃棄物を処理するにあたり、放射性廃棄物の低減化を行うためには、原子力発電所施設内部の床や壁及び機器、使用工具等の表面除染を行う必要がある。
【０００３】
表面除染方法としては、研掃材（ブラスト材）を用いるグリットブラスト（サンドブラスト）除染法やドライアイスブラスト除染法等が一般的に用いられている。これらの方法は、非除染物の表面に圧搾空気、水、または両者の組合せにより研掃材を吹き付けて除染する方法である。
とりわけ、ドライアイスブラスト除染法は、装置の小型化が可能で、固形の二次廃棄物が出ないという利点がある。
【０００４】
上記ドライアイスブラスト除染法を用いた一例としては、ドライアイス供給装置と、圧縮乾燥空気供給装置と、ドライアイス供給装置から供給されたドライアイスを被除染物に噴射して除染するための噴射ノズルを備えたドライアイス噴射装置と、前記ドライアイス供給装置から供給されたドライアイスを前記圧縮乾燥空気供給装置から供給される圧縮乾燥空気を用いてドライアイス噴射装置に移送するドライアイス移送ホースとを設けたドライアイス除染システムが特許文献１に開示されている。
【０００５】
上記システムにおいては、ドライアイスの移送中にドライアイスが粉状化又は塊状化し、ホースの詰まりが生じ移送ホース内の圧力が高まってホースが損傷するのを防ぐために、ドライアイス移送ホースに安全弁を設置し、移送ホースの圧力が所定の圧力より大きくなるときには、移送ホース内の圧縮乾燥空気を移送ホース外へ放出することにより移送ホース内の圧力を低下させてホースの損傷を防ぐようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２０６４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記システムで使用するドライアイスの常温、常圧における昇華温度は、−７９．８℃である。このため、ドライアイスを貯蔵するためには、ドライアイスの昇華温度以下にドライアイスを維持することが可能な冷凍機が必要となる。また、ドライアイスの特性として、製造から約３日で消失してしまうという性質があるため、継続的に除染作業を行うためには、ドライアイス除染システムへ頻繁にドライアイスを供給することが必要である。加えて、ドライアイスの貯蔵量を増加させると、ドライアイス貯蔵装置内部でドライアイスが固まって排出困難になり易いことがあるため、貯蔵量を簡単に増加させることはできないという制約がある。
【０００８】
このような制約のもとで行われる放射線物質等の除染作業は、遠隔操作で行われることが多く、装置内部で閉塞などのトラブルが起きると、深刻な打撃を与える。例えば、２０１８年（平成３０年）３月１１日付けの日刊工業新聞には福島第一原発の状況について次のような記事が掲載されている。
「東電は２０１６年１月、３号機に高所除染用のドライアイスブラストロボを試験投入した。ドライアイスの粒子を吹き付け天井や壁表面の汚れを削り取る。だが、除染作業中にノズルが詰まってしまった。試験中に解消できず、目標だった表面放射線量の５分の１低減は１度しか成功しなかった。原因は流路が結露して、凍り付いてしまったことと推定している。」
このように、従来のドライアイス除染システムを用いた放射性物質等の除染作業においては、ドライアイスの流路が結露すると、その系統が凍り付いて閉塞するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、除染後に研掃材が残存せず、研掃材を噴射ノズルに供給する際に流路の閉塞が生じない表面除染装置及び表面除染方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、炭酸ガス分子を水分子が取り囲んだ状態の包接水和物である炭酸ガスハイドレートがドライアイスの代わりに研掃材として使用することができることを見いだして、本発明を完成した。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、以下のとおりである。
（１）炭酸ガスハイドレート供給装置と、
圧縮空気供給装置と、
前記炭酸ガスハイドレートを被除染物に噴射する噴射ノズルを備えた炭酸ガスハイドレート噴射装置と、
前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて前記炭酸ガスハイドレート供給装置から前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に炭酸ガスハイドレートを移送する炭酸ガスハイドレート移送管と、
前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを前記噴射ノズルから被除染物に向けて噴射するために前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を前記ハイドレート噴射装置に供給する圧縮空気移送管と、
を有することを特徴とする、炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置。
（２）前記炭酸ガスハイドレート噴射装置が密閉空間内に配置されており、炭酸ガスが分解して生成された水を含む排水を浄化処理するための排水処理設備を設けると共に、炭酸ガスハイドレートが分解して生成された炭酸ガスを含む排ガスを浄化処理するための排ガス処理設備を有することを特徴とする、
上記（１）に記載の炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置。
（３）圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて、炭酸ガスハイドレート供給装置から炭酸ガスハイドレート噴射装置へ、炭酸ガスハイドレート移送管を介して炭酸ガスを移送する移送工程と、
前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを、炭酸ガスハイドレート噴射装置に備えられた噴射ノズルから、圧縮空気によって被除染物に向けて噴射する噴射工程と、
を有することを特徴とする、炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染方法。
（４）前記炭酸ガスハイドレートを噴射する噴射工程を密閉空間内で行ない、
前記密閉空間内で発生した排水を処理する排水処理工程と、
前記密閉空間内で発生した排ガスを処理する排ガス処理工程と、
を有することを特徴とする、上記（３）に記載の炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の表面除染装置を用いることにより、除染後に研掃材が残存することなく、また、研掃材を噴射ノズルに供給する際に流路の閉塞が生じることなく被除染物の表面除染を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の炭酸ガスハイドレートを用いる表面除染装置を説明する図である。
【図２】炭酸ガスハイドレートの製造装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、炭酸ガスハイドレートをブラスト除染用の研掃材として用いる炭酸ガスハイドレートブラスト除染装置及び炭酸ガスハイドレートブラスト除染方法に係る。
【００１５】
本発明の炭酸ガスハイドレート除染装置は、炭酸ガスハイドレート供給装置と、圧縮空気供給装置と、前記炭酸ガスハイドレート供給装置から供給された炭酸ガスハイドレートを被除染物に噴射するための噴射ノズルを備えた炭酸ガスハイドレート噴射装置と、前記炭酸ガスハイドレート供給装置から供給された炭酸ガスハイドレートを前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送する炭酸ガスハイドレート移送管と、前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを前記噴射ノズルから噴射するために前記圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を前記炭酸ガスハイドレート噴射装置に供給する圧縮空気移送管と、を有している。
また、被除染物が放射性物質によって汚染されている場合には、除染によって生じた放射性気体廃棄物を浄化処理するための排ガス処理設備を設けると共に、除染によって生じた液体廃棄物を浄化処理するための排水処理設備を有する。
【００１６】
また、本発明の炭酸ガスハイドレート除染方法は、圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気を用いて、炭酸ガスハイドレート供給装置から炭酸ガスハイドレート噴射装置へ、炭酸ガスハイドレート移送管を介して炭酸ガスハイドレートを移送する移送工程と、炭酸ガスハイドレート噴射装置に移送された炭酸ガスハイドレートを、炭酸ガスハイドレート噴射装置に備えられた噴射ノズルから、圧縮空気で被除染物に向けて噴射する噴射工程とを有している。
また、本発明の炭酸ガスハイドレート除染方法は、被除染物が放射性物質によって汚染されている場合には、除染作業を密閉空間内で行い、密閉空間内で発生した排水を処理する排水処理工程と、密閉空間内で発生した排ガスを処理する排ガス処理工程とを実施することが好ましい。
【００１７】
図１に基づいて、本発明の炭酸ガスハイドレートブラスト除染装置を放射性物質によって汚染された物品に適用して除染する場合を例にして説明する。
炭酸ガスハイドレート供給装置１には、炭酸ガスハイドレート７が貯蔵されている。この炭酸ガスハイドレート７は粒径が小さすぎると室温ですぐに溶融して水と炭酸ガスとに分解してしまうため、研掃材に適した粒径２〜３ｍｍ形状に造粒されている。炭酸ガスハイドレート７は、ドライアイスに比べると貯蔵温度が高めでよく、貯蔵中においても、また、移送中においても周囲の空気中の水分を結露、結氷させることがなく、結露、結氷による移送管の詰まりが生じにくい。
【００１８】
除染作業は密閉空間２３内で行う。
炭酸ガスハイドレート供給装置１内の炭酸ガスハイドレート７は、圧縮空気供給装置２から圧縮空気３が送り込まれた状態のもとで、炭酸ガスハイドレート移送管４を介して、密閉空間２３内に設置されている炭酸ガスハイドレート噴射装置５へ移送される。
炭酸ガスハイドレート噴射装置５には、圧縮空気３が圧縮空気供給装置２から圧縮空気移送管４３を介して供給されており、この圧縮空気３により炭酸ガスハイドレート７は、炭酸ガスハイドレート噴射装置５の噴射ノズル６から被除染物８の表面に吹き付けられて被除染物８の表面の付着物（放射性物質、ほこり、塗膜、錆等）を剥離して除染する。
【００１９】
炭酸ガスハイドレート７は、常温下で大気圧に晒されると炭酸ガスと水とに分解する。
炭酸ガスハイドレート７が分解し生成された炭酸ガス、密閉空間内の空気、ミスト、及びダスト等の固体微粒子からなる混合流体１３は、ミストセパレータ１４に供給されて水１５と固体粒子を含むガス１６とに分離される。固体微粒子を含むガス１６は、サイクロン１７に供給されて固体微粒子１８とガス１９とに分離される。ガス１９はＨＥＰＡフィルタ (High Efficiency Particulate Air Filter)２０で処理され排気ファン２１によって処理ガス２２として大気に放出される。
【００２０】
一方、炭酸ガスハイドレート７が分解し生成された水９は、放射性物質で汚染されている。このため、放射性物質を除去するために、水９は、ポンプ１０によってゼオライトや活性炭等の吸着剤を充填した吸着塔１１へ供給され、処理されることで、放射性物質が除去される。そして、放射性物質が除去された処理水１２は、下水道や、河川、海への放出が可能となる。なお、炭酸ガスハイドレート製造装置２４が炭酸ガスハイドレート供給装置１と近接配置されている場合には、この処理水１２を炭酸ガスハイドレート製造装置２４に供給して炭酸ガスハイドレート７を生成するために使用してもよい（図１参照）。また、炭酸ガスハイドレート供給装置１が炭酸ガスハイドレート製造装置２４を付設している場合には、炭酸ガスハイドレート供給装置１に処理水１２を供給する。
【００２１】
次に、炭酸ガスハイドレート製造装置２４について説明する。
炭酸ガスが溶解した水溶液は、低温加圧下において、溶解している炭酸ガス分子から水分子が取り囲んだ状態の包接水和物（炭酸ガスハイドレート）へ生成される。
本発明で使用する研掃材としての粒状の炭酸ガスハイドレートは、図２に示すように、炭酸ガス３１を圧縮する圧縮機４１、圧縮された炭酸ガス３１と水３７とを反応させて炭酸ガスハイドレートを生成する炭酸ガスハイドレート生成器３２、炭酸ガスハイドレート生成器３２によって生成された炭酸ガスハイドレート３８と水３７との混合流体３５を炭酸ガスハイドレート３８と水３７とに分離する固体分離器３６、及び、固体分離器３６で分離された炭酸ガスハイドレート３８を直径２〜３ｍｍの粒状化炭酸ガスハイドレート４０とするペレタイザー３９を備えている。
以下では、炭酸ガスハイドレート生成器３２、固体分離器３６及びペレタイザー３９について説明する。
【００２２】
［炭酸ガスハイドレート生成器］
炭酸ガスハイドレート生成器３２は、炭酸ガス３１と水３７とを混合する混合器と炭酸ガス３１と水３７との混合物から炭酸ガスハイドレート３８を生成させる炭酸ガスハイドレート生成装置からなる。
【００２３】
〔混合器〕
水３７と圧縮機４１により圧縮された炭酸ガス３１とを混合器で混合する。
混合器の一つの態様としては、混合器が水を充填したタンクからなり、炭酸ガスが微細な気泡として水中に分散されるような気泡分散塔がある。混合器の別の態様としては炭酸ガスに向けて水を放出するタイプのものがあり、その典型例は、炭酸ガスを充填した容器内に水をスプレーノズルにより噴霧して炭酸ガスと接触させ、水に炭酸ガスを溶解させるものがある。
【００２４】
また、混合器としてラインミキサーを用いてもよい。ラインミキサーによって、水は筒状体に供給され内面に設けられた翼体等により旋回流が形成され、この旋回流に炭酸ガスが巻き込まれて超微細な気泡群になるように砕かれ、水と炭酸ガスとが混合される。
水と炭酸ガスが混合された後の混合流体は、炭酸ガスハイドレート生成装置に送られる。
【００２５】
〔炭酸ガスハイドレート生成装置〕
炭酸ガスハイドレート生成装置は、冷却機能を備えており、混合器で混合された炭酸ガス３１と水３７との混合流体を冷却して炭酸ガスハイドレート３８を生成し、その炭酸ガスハイドレート３８が水３７に分散又は懸濁してなる水３７と炭酸ガスハイドレート３８との混合流体（炭酸ガスハイドレートスラリー）３５を生成する。炭酸ガス３１と水３７との混合流体は、冷却媒体循環装置３３によって供給される冷却媒体３４によって冷却される。
一例としては、炭酸ガスハイドレート生成装置は、二重管式熱交換器で構成された生成管路であり、内管に水と高炉副生ガスの混合流体を流通させ、外管に冷熱媒体を流通させて混合流体を冷却し、炭酸ガスハイドレートを生成する。また、炭酸ガスハイドレート生成装置はシェルアンドチューブ式熱交換器であってもよく、伝熱管内に混合流体を流通させ、シェル内に冷却媒体を流通させ、伝熱管内の周面を介して、冷却媒体との熱交換により冷却するようにしてもよい。
【００２６】
〔固体分離器〕
上記のようにして得られた炭酸ガスハイドレート３８と水３７との混合流体（炭酸ガスハイドレートスラリー）３５は、固体分離器３６において水３７と炭酸ガスハイドレート３８とに分離される。
固体分離器３６の形式は任意であり、例えばデカンター、サイクロンセパレータ、遠心分離機などを利用することができる。
固体分離器３６で分離された水３７は、水循環ポンプ４２によって炭酸ガスハイドレート生成器３２に供給される。
【００２７】
［ペレタイザー］
固体分離器３６で分離された炭酸ガスハイドレート３８は、ペレタイザー３９に供給されて直径２〜３ｍｍ程度に粒状化される。
粒状化して得られた粒状化炭酸ガスハイドレート４０は、研掃材として適宜炭酸ガスハイドレート供給装置１の貯槽に供給される。
【００２８】
炭酸ガスハイドレートを研掃材として用いると、炭酸ガスハイドレートの相平衡は、温度０℃の時、圧力Ｐ＝１．２３４ＭＰａであるが、自己保存効果といわれる、炭酸ガスハイドレートの分解により表面に生成される氷殻による保持効果のために、常圧でほぼ安定した保存が可能である。また、貯蔵量を増やしても、ドライアイスのように低温ではないため、装置内部で凍結する恐れは非常に低い。
【００２９】
上記では、ハイドレートのゲスト分子として炭酸ガスのみを含むハイドレートについて説明したが、ゲスト分子として炭酸ガスを含むものばかりでなく炭酸ガスと他の分子を含むハイドレート、例えばアルキルアンモニウム塩を含む準包接水和物（セミクラスレートハイドレート）を用いることもできる。
準包接水和物は、水に炭酸ガスとアルキルアンモニウム塩を溶解させて水と炭酸ガス及びアルキルアンモニウム塩を反応させることにより得られる。
なお、準包接水和物には、常温、常圧で安定に存在するものがあり、このような準包接水和物を研掃材として用いるとドライアイスを研掃材として用いた時に見られるような、流路の閉塞などの問題は更に起こりにくくなる。
【符号の説明】
【００３０】
１  炭酸ガスハイドレート供給装置
２  圧縮空気供給装置
３  圧縮空気
４  炭酸ガスハイドレート移送管
５  炭酸ガスハイドレート噴射装置
６  噴射ノズル
７  炭酸ガスハイドレート
８  被除染物
９  水
１０  ポンプ
１１  吸着塔
１２  処理水
１３  混合流体
１４  ミストセパレータ
１５  水
１６  固体微粒子を含むガス
１７  サイクロン
１８  固体微粒子
１９  ガス
２０  ＨＥＰＡフィルタ (High Efficiency Particulate Air Filter) 
２１  排気ファン
２２  処理ガス
２３  密閉空間
２４  炭酸ガスハイドレート製造装置
３１  炭酸ガス
３２  炭酸ガスハイドレート生成器
３３  冷却媒体循環装置
３４  冷却媒体
３５  炭酸ガスハイドレートと水との混合流体
３６  固体分離器
３７  水
３８  炭酸ガスハイドレート
３９  ペレタイザー
４０  粒状化炭酸ガスハイドレート
４１  圧縮機
４２  水循環ポンプ
４３  圧縮空気移送管
【図１】
2019178875.tif 000003
【図２】
2019178875.tif 000004