(57)【要約】【課題】  設置個所の自由度を向上し、かつ質量のばらつきが大きな残渣が生じる場合でもその残渣をより適切に処理することができる放射性廃棄物の減容処理装置及び減容処理方法を開示する。【解決手段】  放射性廃棄物の減容処理装置１０は、第１容器１２と、第２容器１４と、第１容器と第２容器とを接続する配管１６を備える。第１容器は、乾留部２０と、外部加熱手段２８と、乾留部に放射性廃棄物を供給する放射性廃棄物供給手段３０と、乾留部に過熱水蒸気を供給する第１過熱水蒸気供給手段３２と、第１粉体貯留部３６を有する。乾留部は、放射性廃棄物を熱分解することにより発生する残渣及び排ガスを排出する。乾留部から排出される第１残渣は第１粉体貯留部に貯留される。乾留部から排出される第２残渣は、排ガスと共に配管を経由して第２容器に供給される。第２容器は、排ガスを濾過するフィルタ部４４と、第２残渣を貯留する第２粉体貯留部５０を有する。【選択図】  図１
2015072132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１容器と、
第２容器と、
第１容器と第２容器とを接続する配管と、を備えており、
第１容器は、
乾留部と、
乾留部を外部から加熱する外部加熱手段と、
乾留部の一端に放射性廃棄物を供給する放射性廃棄物供給手段と、
乾留部に過熱水蒸気を供給する第１過熱水蒸気供給手段と、
乾留部の他端に配置される第１粉体貯留部と、を有しており、
乾留部は、放射性廃棄物を熱分解することにより発生する残渣及び排ガスを他端より排出し、
乾留部の他端から排出される残渣の一部である第１残渣は第１粉体貯留部に貯留され、
乾留部の他端から排出される残渣の残部であって、第１残渣より質量が小さい第２残渣は、排ガスと共に配管を経由して第２容器に供給され、
第２容器は、
配管から供給される排ガスを濾過するフィルタ部と、
フィルタ部の一端に配置され、配管から供給される第２残渣を貯留する第２粉体貯留部と、を有している、放射性廃棄物の減容処理装置。
【請求項２】
配管の一端は第１粉体貯留部に位置しており、配管の一端の流路断面積は、配管の一端が位置している高さにおける第１容器の流路断面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。
【請求項３】
放射性廃棄物供給手段と第１過熱水蒸気供給手段は、乾留部から未反応の未反応過熱水蒸気が排出されるように、放射性廃棄物と過熱水蒸気を乾留部に供給し、
乾留部はさらに、乾留部に供給された過熱水蒸気のうち放射性廃棄物と未反応の未反応過熱水蒸気を他端より排出し、
乾留部の他端から排出される未反応過熱水蒸気は、配管を経由して第２粉体貯留部の下部に供給されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。
【請求項４】
第１容器はさらに、第１粉体貯留部の下部に過熱水蒸気を供給する第２過熱水蒸気供給手段を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。
【請求項５】
乾留部は、金属製の反応容器と、その反応容器内に充填されたセラミック製又は金属製の複数のボールと、これら複数のボールを攪拌する攪拌手段と、を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射性廃棄物の減容処理装置。
【請求項６】
放射性廃棄物を減容処理する方法であり、
放射性廃棄物を過熱水蒸気で熱分解する熱分解工程と、
熱分解工程により発生した残渣の一部である第１残渣を第１粉体貯留部に移送して貯留する第１貯留工程と、
熱分解工程により発生した残渣の残部であって、第１残渣より質量が小さい第２残渣を、熱分解工程により発生した排ガスと共に配管を経由して第２粉体貯留部に移送する移送工程と、
第２粉体貯留部に移送された排ガスをフィルタ部に移送してフィルタ部で濾過する濾過工程と、
第２粉体貯留部に移送された第２残渣を第２粉体貯留部に貯留する第２貯留工程と、を有しており、
移送工程では、第２残渣は、排ガスによって第２粉体貯留部に移送されることを特徴とする、減容処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、放射性廃棄物の減容処理装置及び減容処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、放射性廃棄物の減容処理装置が開示されている。減容処理装置は、原子力発電所や放射性物質を取り扱う施設において発生する放射性廃棄物（使用済みのイオン交換樹脂を含む）のうち、比較的高い放射能レベルを有する廃棄物を減容し安定化させるために用いられる。特許文献１の減容処理装置は、乾留部と、フィルタ部と、粉体貯留部を備える。乾留部及びフィルタ部は円筒形状をしている。粉体貯留部は、上方部分が円筒形状をしており、下方部分は、下方に向かうにつれて径が小さくなる円錐形状（厳密には円錐台形状）をしている。粉体貯留部の円筒部分の径は乾留部及びフィルタ部の径よりも大きくされている。乾留部及びフィルタ部は、粉体貯留部の上面に並列に配置されている。乾留部及びフィルタ部は、粉体貯留部と連通している。乾留部では、放射性廃棄物を乾留する。フィルタ部では、乾留時に発生する排ガスを濾過する。粉体貯留部では、乾留時に発生する残渣及び排ガスを濾過する際に発生する粉塵を貯留する。残渣及び粉塵は、粉体貯留部の円錐部分の壁面を滑り落ちて粉体貯留部の底部に貯留される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１６９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の減容処理装置は、乾留部とフィルタ部が１つの粉体貯留部を共有している。即ち、乾留部とフィルタ部と粉体貯留部が一体に形成されており、全体としてはコンパクトにできるものの１つの装置としては比較的にサイズが大きい。特に、粉体貯留部の円錐部分は、残渣や粉塵が停滞せずにスムーズに滑り落ちるために、残渣や粉塵の安息角以上で傾斜している必要がある。このため、粉体貯留部の径が大きいとその分だけ円錐部分の高さも大きくなり、結果として減容処理装置の高さが大きくなる。従って、特許文献１の減容処理装置では、場所によってはスペース上の制約を受けて設置できない虞がある。さらに、乾留時に発生する残渣は、質量の大小に関わらず粉体貯留部に貯留されるため、処理対象となる放射性廃棄物の種類によっては、その後の処理が適切に行われない虞がある。
【０００５】
本明細書では、従来の減容処理装置と比較して、設置個所の自由度を向上し、かつ質量のばらつきが大きな残渣が生じる場合でもその残渣をより適切に処理することができる放射性廃棄物の減容処理装置及び減容処理方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置は、第１容器と、第２容器と、第１容器と第２容器とを接続する配管を備える。第１容器は、乾留部と、乾留部を外部から加熱する外部加熱手段と、乾留部の一端に放射性廃棄物を供給する放射性廃棄物供給手段と、乾留部に過熱水蒸気を供給する第１過熱水蒸気供給手段と、乾留部の他端に配置される第１粉体貯留部を有する。乾留部は、放射性廃棄物を熱分解することにより発生する残渣及び排ガスを他端より排出する。乾留部の他端から排出される残渣の一部である第１残渣は第１粉体貯留部に貯留される。乾留部の他端から排出される残渣の残部であって、第１残渣より質量が小さい第２残渣は、排ガスと共に配管を経由して第２容器に供給される。第２容器は、配管から供給される排ガスを濾過するフィルタ部と、フィルタ部の一端に配置され、配管から供給される第２残渣を貯留する第２粉体貯留部を有する。
【０００７】
上記の減容処理装置では、乾留部の他端とフィルタ部の一端にそれぞれ別の粉体貯留部を配置する。これにより、乾留部を有する容器（第１容器）とフィルタ部を有する容器（第２容器）を分離し、配管によってこれらの容器を接続する構成としている。この構成によると、第１容器及び第２容器の単体としての大きさを従来の減容処理装置に比べて小型化でき、各容器を設置する際の設置個所の自由度が向上する。また、乾留部の他端から排出される残渣は、残渣の質量によって２つの粉体貯留部に区別して貯留される。このため、乾留部から排出される残渣の質量のばらつきが大きい場合でも、この残渣が各粉体貯留部に区別して貯留され、各粉体貯留部に貯留される残渣の質量のばらつきは小さくなる。したがって、各粉体貯留部の残渣を適切に処理することができる。
【０００８】
本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理方法は、熱分解工程と、第１貯留工程と、移送工程と、濾過工程と、第２貯留工程を有する。熱分解工程では、放射性廃棄物を過熱水蒸気で熱分解する。第１貯留工程では、熱分解工程により発生した残渣の一部である第１残渣を第１粉体貯留部に移送して貯留する。移送工程では、熱分解工程により発生した残渣の残部であって、第１残渣より質量が小さい第２残渣を、熱分解工程により発生した排ガスと共に配管を経由して第２粉体貯留部に移送する。濾過工程では、第２粉体貯留部に移送された排ガスをフィルタ部に移送してフィルタ部で濾過する。第２貯留工程では、第２粉体貯留部に移送された第２残渣を第２粉体貯留部に貯留する。移送工程では、第２残渣は、排ガスによって第２粉体貯留部に移送される。この減容処理方法によると、上記の減容処理装置を好適に実現することができる。
【０００９】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１のボール型乾留炉の模式断面図。
【図２】実施例２のボール型乾留炉の模式断面図。
【図３】実施例３のボール型乾留炉の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【００１２】
（特徴１）  本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置は、配管の一端が第１粉体貯留部に位置しており、配管の一端の流路断面積が、配管の一端が位置している高さにおける第１容器の流路断面積よりも小さくてもよい。乾留部の他端から排出される排ガスは、第１粉体貯留部に送られる。特徴１によると、配管の一端に流れ込む排ガスの流速を、配管の一端が位置している高さにおける第１容器内を流れる排ガスの流速よりも大きくすることができる。このため、粉体貯留部から第２容器に流れる排ガスによって、乾留部の他端から排出される残渣のうち比較的に軽量の残渣（第２残渣）を、配管を経由して第２容器に移送することができる。一方、比較的に重い残渣（第１残渣）は第１粉体貯留部に貯留する。この構成によると、排ガスの流体力を利用して残渣を分級することができる。また、配管の一端の流路断面積を調整することにより、排ガスの流速（即ち流体力）を制御し、第２容器に移送される第２残渣の質量を制御することができる。
【００１３】
（特徴２）  本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置は、放射性廃棄物供給手段と第１過熱水蒸気供給手段は、乾留部から未反応の未反応過熱水蒸気が排出されるように、放射性廃棄物と過熱水蒸気を乾留部に供給してもよい。乾留部がさらに、乾留部に供給された過熱水蒸気のうち放射性廃棄物と未反応の未反応過熱水蒸気を他端より排出してもよい。乾留部の他端から排出される未反応過熱水蒸気は、配管を経由して第２粉体貯留部の下部に供給されてもよい。第２粉体貯留部の下部には、第２残渣が貯留される。特徴２によると、第２粉体貯留部の下部において、未反応過熱水蒸気が第２残渣中の可燃分を分解し、第２残渣をさらに減容することができる。また、未反応過熱水蒸気を利用することにより、第２粉体貯留部の下部に別途過熱水蒸気を供給する必要がなくなり、装置構成を簡易にすることができる。また、従来の残渣に比較して第２残渣は質量のばらつきが少ないため、第２残渣を効率的に分解することができる。
【００１４】
（特徴３）  本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置は、第１容器がさらに、第１粉体貯留部の下部に過熱水蒸気を供給する第２過熱水蒸気供給手段を有していてもよい。第１粉体貯留部の下部には、第１残渣が貯留される。特徴３によると、第１粉体貯留部の下部において、第２過熱水蒸気供給手段により供給される過熱水蒸気が第１残渣中の可燃分を分解し、第１残渣をさらに減容することができる。また、従来の残渣に比較して第１残渣は質量のばらつきが少ないため、第１残渣を効率的に分解することができる。
【００１５】
（特徴４）  本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置は、乾留部が、金属製の反応容器と、その反応容器内に充填されたセラミック製又は金属製の複数のボールと、これら複数のボールを攪拌する攪拌手段を有していてもよい。ボール型の乾留部を用いることで、投入された放射性廃棄物の熱分解を効率的に行うことができる。
【実施例１】
【００１６】
図１を参照して実施例１のボール型乾留炉１０及びボール型乾留炉１０による減容処理方法について説明する。ボール型乾留炉１０は、原子力施設にて生じる放射能レベルが比較的に高い使用済みのイオン交換樹脂を減容処理する。ボール型乾留炉１０は、第１容器１２と、第２容器１４と、第１容器１２と第２容器１４とを接続する配管１６を備える。第１容器１２は金属製であり、円筒部分と、円筒部分の下部に接続される円錐台部分を有する。円錐台部分の上部（即ち、円筒部分との接続部）におけるｘｙ平面の断面の径は、円筒部分の断面の径と略同一である。円錐台部分は、その断面の径が、下方（−ｚ方向）に向かうにつれて小さくなる形状となっている。第２容器１４も第１容器１２と略同一の形状となっている。なお、ボール型乾留炉１０は、「減容処理装置」の一例に相当する。
【００１７】
まず、第１容器１２について説明する。第１容器１２は、乾留部２０と、乾留部２０を外部から加熱する外部電気式のヒータ２８と、乾留部２０の上部からイオン交換樹脂を供給するイオン交換樹脂供給ノズル３０と、乾留部２０の上方の側面から過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給ノズル３２と、乾留部２０の下方に配置される粉体貯留部３６と、粉体貯留部３６の下部へ過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給ノズル３８を有する。なお、ヒータ２８は「外部加熱手段」の一例に相当し、イオン交換樹脂供給ノズル３０は「放射性廃棄物供給手段」の一例に相当し、過熱水蒸気供給ノズル３２は「第１過熱水蒸気供給手段」の一例に相当し、粉体貯留部３６は「第１粉体貯留部」の一例に相当し、過熱水蒸気供給ノズル３８は「第２過熱水蒸気供給手段」の一例に相当する。
【００１８】
乾留部２０は、密閉式の反応容器２１と、反応容器２１内に充填されたセラミック製の複数のボール２４と、ボール２４を撹拌する撹拌翼２６と、撹拌翼２６を回転させる回転軸２２を有する。反応容器２１は、金属製の円筒形状をしており、室内の圧力を−０．５〜−１０ｋＰａに維持する圧力制御機構（図示省略）を備える。反応容器２１の外周面にはヒータ２８がｚ方向に略等間隔で配置されている。ヒータ２８により、反応容器２１内の温度を所望の温度（約４００〜７００℃）に制御することができる。反応容器２１のｚ方向の長さは、処理する放射性廃棄物の種類等に応じて適宜決定される。なお、撹拌翼２６と回転軸２２は「撹拌手段」の一例に相当する。
【００１９】
反応容器２１の軸心部には回転軸２２が設けられている。回転軸２２は駆動モータ（図示省略）によって所定の速度（約０．１〜２．０ｒｐｍ、好ましくは０．５ｒｐｍ以上）で回転される。回転軸２２の周部には、螺旋状の撹拌翼２６が取り付けられている。撹拌翼２６は、その外縁が反応容器２１の内周面近傍に位置し、その内縁が回転軸２２との間に空間を空けて位置している。
【００２０】
反応容器２１内のボール２４には、直径が１０〜２５ｍｍの耐蝕性のあるセラミック製のボールが用いられる。しかしながら、ボール２４の材質はこれに限られず、高ニッケル系合金であるハステロイ又はインコネル製であってもよい。撹拌翼２６により撹拌されることで、ボール２４は反応容器２１内において下降と上昇を繰り返す。
【００２１】
反応容器２１の上面には、イオン交換樹脂供給ノズル３０が設置されている。イオン交換樹脂供給ノズル３０からは、原子力施設で生じるイオン交換樹脂が反応容器２１内に供給される。反応容器２１内に供給されたイオン交換樹脂は、ボール２４の表面に付着して反応容器２１内を移動する。このため、イオン交換樹脂の反応容器２１内における滞留時間は、ボール２４の下降時間と同じになる。一方、反応容器２１の上方の側面には、過熱水蒸気供給ノズル３２が設置されている。過熱水蒸気供給ノズル３２からは、ボール２４の表面に付着したイオン交換樹脂へ過熱水蒸気を供給する。これにより、反応容器２１内ではイオン交換樹脂と過熱水蒸気が反応してイオン交換樹脂が熱分解し、残渣と排ガスが発生する。反応容器２１内ではイオン交換樹脂は約４分の１に減容される。
【００２２】
一般に、過熱水蒸気供給ノズル３２から供給される過熱水蒸気の量は、イオン交換樹脂供給ノズル３０から供給されるイオン交換樹脂を熱分解するために理論上必要とされる過熱水蒸気の量よりも多くされる。これにより、過熱水蒸気の供給不足に起因してイオン交換樹脂の熱分解が不完全となることを回避している。このため、反応容器２１では、イオン交換樹脂の熱分解に供しない過熱水蒸気（以下では「未反応過熱水蒸気」とも称する）が一定量生じる。
【００２３】
反応容器２１の下端にはボール２４を反応容器２１内に保持する保持板３４が配置されている。保持板３４の下方には粉体貯留部３６が設けられている。保持板３４は、ボール２４の通過を禁止する一方、残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気の通過を許容する。これにより、反応容器２１内に充填されたボール２４が粉体貯留部３６に落下することが防止される一方、反応容器２１内で生じた残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気が粉体貯留部３６に移動することができる。
【００２４】
イオン交換樹脂を熱分解することで発生する残渣は、主に酸化鉄により構成される粉体である。残渣の質量にはある程度のばらつきがある。以下では、残渣のうち比較的に重い残渣を重残渣と称し、比較的に軽い残渣（即ち、重残渣以外の残渣）を軽残渣と称する。反応容器２１の下端からは、保持板３４を介して残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気が粉体貯留部３６に排出される。このうち、粉体貯留部３６には重残渣が貯留される（後述）。一方、軽残渣は、排ガス及び未反応過熱水蒸気と共に配管１６を経由して第２容器に移送される（後述）。なお、重残渣は「第１残渣」の一例に相当し、軽残渣は「第２残渣」の一例に相当する。
【００２５】
粉体貯留部３６の下方部分は円錐台形状をしており、その下端には開閉可能な開口部４２が形成されている。開口部４２は、ボール型乾留炉１０でイオン交換樹脂を減容処理する際は閉じられ、減容処理を行わないときに開かれる。開口部４２が開かれると、粉体貯留部３６から外部に残渣を排出することができる。円錐台部分の壁面がｘｙ平面となす角度は重残渣の安息角以上となっている。このため、反応容器２１の下端から排出される重残渣は、円錐台部分の壁面を滑って粉体貯留部３６の下部に貯留される。もしくは、重残渣は粉体貯留部３６の下部にそのまま落下する。
【００２６】
粉体貯留部３６の下部には、過熱水蒸気供給ノズル３８が設けられている。過熱水蒸気供給ノズル３８から粉体貯留部３６内に供給される過熱水蒸気は、重残渣に含まれる可燃分を熱分解するために用いられる。
【００２７】
また、粉体貯留部３６の外周面には、外部電気式ヒータ４０がｚ方向に略等間隔に設けられている。ヒータ４０によって、粉体貯留部３６内の温度が、重残渣が熱分解可能な温度（約４００〜７００℃）に制御される。粉体貯留部３６においてさらに減容された重残渣は、開口部４２から排出され、固化設備（図示省略）に送られる。
【００２８】
次に、第２容器１４について説明する。第２容器１４は、フィルタ部４４と粉体貯留部５０と排ガス出口４８を有する。フィルタ部４４には、焼結金属フィルタ４６が設置されている。フィルタ部４４の上方の側面には排ガス出口４８が設置されている。粉体貯留部５０は、フィルタ部４４の下方に配置されている。なお、本実施例では焼結金属フィルタを用いたが、これに限られず、例えばセラミックフィルタを用いてもよい。なお、粉体貯留部５０は「第２粉体貯留部」の一例に相当する。
【００２９】
第１容器１２からは、後述する配管１６及びノズル１８を経由して、軽残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気が第２容器に送られる。粉体貯留部５０の下方部分は円錐台形状をしており、その下端には開閉可能な開口部５２が形成されている。開口部５２は、開口部４２と同様、ボール型乾留炉１０でイオン交換樹脂を減容処理する際は閉じられ、減容処理を行わないときに開かれる。開口部５２が開かれると、粉体貯留部５０から外部に残渣を排出することができる。粉体貯留部３６と同様に、粉体貯留部５０の円錐台部分の壁面がｘｙ平面となす角度は、軽残渣の安息角以上となっている。このため、ノズル１８の先端から排出される軽残渣のうち比較的に質量が大きい残渣は、円錐台部分の壁面を滑って粉体貯留部５０の下部に貯留される。もしくは、粉体貯留部５０の下部にそのまま落下する。排ガス出口４８は排ガス処理装置（図示省略）に接続されている。排ガス処理装置は排ガスブロワを備えている。このため、排ガス出口４８近傍の圧力は、排ガスブロワにより粉体貯留部５０内の圧力よりも低くなっている。従って、粉体貯留部５０内の排ガスは第２容器１４内を上昇してフィルタ部４４に移動する。フィルタ部４４に移動した排ガスは、焼結金属フィルタ４６によって濾過される。濾過された排ガスは排ガス出口４８から排出され、排ガス処理装置に送られる。排ガスを濾過する際に生じる粉塵（即ち、軽残渣のうち比較的に質量が小さい残渣）は、落下して粉体貯留部５０の下部に貯留される。
【００３０】
続いて、配管１６及びノズル１８について説明する。配管１６は第１容器１２と第２容器１４を接続している。具体的には、配管１６の一端は第１容器１２の粉体貯留部３６の上部に接続されており、配管１６の他端は粉体貯留部５０の上部に接続されている。配管１６の一端が粉体貯留部３６の上部に位置することにより、粉体貯留部３６の下部に堆積している重残渣が配管１６に進入することを防止できる。図１から明らかなように、配管１６の流路断面積（ｙｚ平面の断面積）は、配管１６の一端が位置している高さにおける第１容器１２の内周面の流路断面積（ｘｙ平面の断面積（以下では、単に粉体貯留部３６の流路断面積と称する））よりも小さい。
【００３１】
配管１６の他端には、ノズル１８の一端が接続されている。ノズル１８は、略Ｌ字型の形状をしており、その他端は粉体貯留部５０の下方部分に位置している。これにより、粉体貯留部３６と粉体貯留部５０は配管１６及びノズル１８を介して連通する。ノズル１８の他端は、粉体貯留部５０の下部に貯留される軽残渣（粉塵を含む）の上面よりも高い位置に配置される。このため、ノズル１８の他端が軽残渣に接触することが防止され、ノズル１８から軽残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気を適切に排出できる。
【００３２】
ノズル１８からは未反応過熱水蒸気が排出される。未反応過熱水蒸気は、粉体貯留部５０の下部に貯留される軽残渣（粉塵を含む）に含まれる可燃分を熱分解するために用いられる。粉体貯留部５０においてさらに減容された軽残渣は、開口部５２から排出され、固化設備に送られる。開口部４２から排出される減容処理後の重残渣、及び開口部５２から排出される減容処理後の軽残渣の合計は、反応容器２１に供給されるイオン交換樹脂の約２０分の１に減容される。
【００３３】
ここで、反応容器２１の下端から粉体貯留部３６に排出される排ガス及び未反応過熱水蒸気の流れについて説明する。上述したように、粉体貯留部３６の上部には配管１６の一端が接続されている。また、第１容器１２の下端の開口部４２は閉じられている。このため、反応容器２１から粉体貯留部３６に流れた排ガス及び未反応過熱水蒸気は、粉体貯留部３６から配管１６に流れ込む。この際、配管１６の流路断面積は、粉体貯留部３６の流路断面積よりも小さいため、配管１６の一端に流れ込む排ガス及び未反応過熱水蒸気の流速の方が、粉体貯留部３６内を流れるときの排ガス及び未反応過熱水蒸気の流速よりも大きくなる。これによって、反応容器２１から粉体貯留部３６に排出される排ガス及び未反応過熱水蒸気に含まれる残渣のうち比較的に軽い残渣（軽残渣）は、流速の大きい排ガス及び未反応過熱水蒸気の流れに混入して配管１６に流れ込み、配管１６及びノズル１８を経由して第２容器１４の粉体貯留部５０に移送される。一方、反応容器２１から排出される残渣のうち比較的に重い残渣（重残渣）は、配管１６に流れ込むことなく自らの重みで落下して反応容器２１の下方の粉体貯留部３６に貯留する。
【００３４】
次に、本実施例のボール型乾留炉１０によりイオン交換樹脂を減容処理する方法について説明する。以下では、イオン交換樹脂の減容処理のフローについて主に説明し、上述した内容と重複する内容については詳細な説明を省略する。
【００３５】
（イオン交換樹脂供給工程、第１過熱水蒸気供給工程、熱分解工程）
まず、第１容器１２の反応容器２１にイオン交換樹脂供給ノズル３０からイオン交換樹脂を供給する（イオン交換樹脂供給工程）と共に、過熱水蒸気供給ノズル３２から過熱水蒸気を供給する（第１過熱水蒸気供給工程）。過熱水蒸気は、イオン交換樹脂の熱分解に必要とされる過熱水蒸気よりも多めに供給される。イオン交換樹脂及び過熱水蒸気の単位時間当たりの供給量は、制御装置（図示省略）によって制御される。反応容器２１内では、イオン交換樹脂が過熱水蒸気によって熱分解され、減容される（熱分解工程）。イオン交換樹脂が熱分解されると、残渣と排ガスが発生する。
【００３６】
（第１貯留工程、移送工程）
反応容器２１の下端からは、保持板３４の開口を通って残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気が粉体貯留部３６に排出される。このうち、比較的に重い残渣（重残渣）は、自らの重みで落下して粉体貯留部３６の下部に貯留する（第１貯留工程）。一方、比較的に軽い残渣（軽残渣）は、排ガス及び未反応過熱水蒸気と共に配管１６及びノズル１８を経由して第２容器１４の粉体貯留部５０に移送される（移送工程）。
【００３７】
（分離工程、濾過工程、第２貯留工程）
粉体貯留部５０に移送された軽残渣、排ガス及び未反応過熱水蒸気からは、重力等によって軽残渣のうち比較的に質量が大きな残渣が分離される（分離工程）。分離された残渣は、落下して粉体貯留部５０に貯留される（第２貯留工程）。一方、残渣の一部が分離された排ガスは、第２容器１４内を上昇し、フィルタ部４４において焼結金属フィルタ４６によって濾過される（濾過工程）。濾過された排ガスは排ガス出口４８から排ガス処理装置に送られる。なお、濾過工程において排ガスから除去された粉塵は、逆洗処理等を行うことで焼結金属フィルタ４６から落下して粉体貯留部５０に貯留する（第２貯留工程）。
【００３８】
（未反応過熱水蒸気供給工程、軽残渣熱分解工程）
反応容器２１内でイオン交換樹脂と反応しなかった未反応過熱水蒸気は、配管１６及びノズル１８を経由して粉体貯留部５０の下部に供給される（未反応過熱水蒸気供給工程）。第２貯留工程において粉体貯留部５０に貯留される軽残渣に含まれる可燃分は、未反応過熱水蒸気によって熱分解され、さらに減容される（軽残渣熱分解工程）。熱分解後の軽残渣は、粉体貯留部５０の開口部５２から排出され固化設備に送られる。
【００３９】
（第２過熱水蒸気供給工程、重残渣熱分解工程）
第１容器の粉体貯留部３６の下部には過熱水蒸気供給ノズル３８から過熱水蒸気が供給される（第２過熱水蒸気供給工程）。第１貯留工程にて粉体貯留部３６に貯留される重残渣に含まれる可燃分は、この過熱水蒸気によって熱分解され、さらに減容される（重残渣熱分解工程）。熱分解後の重残渣は、粉体貯留部３６の開口部４２から排出され固化設備に送られる。
【００４０】
実施例１に係るボール型乾留炉１０及びボール型乾留炉１０による減容処理方法の作用効果について説明する。ボール型乾留炉１０は、２つの別々に形成された容器（第１容器１２と第２容器１４）が配管１６で接続された構成を有する。このため、配管１６の長さを調整することにより、２つの容器１２，１４を所望の距離だけ離して配置することができる。また、乾留部、フィルタ部、及び粉体貯留部が一体に形成された従来のボール型乾留炉と比較して、容器１２，１４単体の大きさを小型化できる。特に、粉体貯留部３６、５０のｘｙ平面の断面の径が従来のボール型乾留炉の粉体貯留部の径よりも小さくなるため、粉体貯留部３６，５０の円錐台部分の高さを従来と比べて短くすることができる。これにより、容器１２，１４単体の高さ（即ち、ボール型乾留炉１０の高さ）を低くすることができる。従って、容器１２、１４単体としては、従来では設置できなかったような比較的に狭いスペースにも設置することができる。このため、ボール型乾留炉１０を設置する設置個所の自由度を向上することができる。
【００４１】
特に、本実施例のボール型乾留炉１０は、放射能レベルが比較的に高いイオン交換樹脂を減容処理する。このため、ボール型乾留炉１０は、放射線を遮蔽するための分厚いコンクリート壁で覆われたセルと呼ばれる室内に設置される。本実施例のボール型乾留炉１０の構成によると、既設のセルの天井までの高さが低い場合でも、容器１２，１４の高さを抑えることができ、これらを既存のセル内に設置できる。これにより、新たにセルを造り直すことなく、既設のセルにボール型乾留炉１０を適切に設置することができる。なお、容器１２，１４が別々のセルに設置される場合は、配管１６はコンクリート壁を貫通して容器１２，１４を接続する。このとき、セルの外部に露出する部分の配管１６は、放射線遮蔽部材で覆われることが好ましい。
【００４２】
また、ボール型乾留炉１０がセル内に設置される場合は、メンテナンスはパワーマニピュレータやマスタースレーブマニピュレータなどの遠隔操作治具を用いてセル外から実施される。本実施例によれば、第１容器１２と第２容器１４を離して配置できるため、遠隔操作治具を操作し易くなり作業効率が向上する。また、第１容器１２と第２容器１４を分離することにより、各容器の形状が従来と比べてシンプルになる。このため、各容器へのアクセス性が向上し、メンテナンスし易くなる。
【００４３】
さらに、本実施例では、イオン交換樹脂の熱分解によって生じる排ガスが配管１６に流れ込む際に流速が大きくなる現象を利用して、イオン交換樹脂の熱分解によって生じる残渣を重残渣と軽残渣に分級する。残渣は主に酸化鉄によって構成されるため、密度は略同一である。このため、残渣の質量と粒径には相関関係があり、軽残渣の粒径は重残渣の粒径よりも小さくなる。従って、同一質量の軽残渣と重残渣とを比較すると、軽残渣の表面積の合計の方が重残渣の表面積の合計よりも大きくなる。このため、軽残渣のほうが過熱水蒸気との接触面が大きくなり、軽残渣中の可燃分のほうが重残渣中の可燃分よりも過熱水蒸気との反応が早く進む。このように残渣を分級することにより、供給する過熱水蒸気の量を粒径に応じて調整することができる。従来のように、残渣が質量の大小に関係なく（即ち、粒径に関係なく）粉体貯留部に貯留される場合は、粒径のばらつきが大きいため残渣の表面に過熱水蒸気が効率よく当たらないことがあった。このため、理論上必要とされる過熱水蒸気よりも多くの過熱水蒸気を供給する必要があった。本実施例によれば、残渣を粒径に応じて分級することで、各粉体貯留部３６，５０に貯留される残渣の粒径のばらつきが小さくなる。このため、各粉体貯留部３６，５０では残渣の表面に過熱水蒸気を効率よく当てることができ、従来よりも残渣を効率的に熱分解できる。また、重残渣中の可燃分の反応速度は軽残渣中の可燃分の反応速度よりも遅い。このため、粉体貯留部３６に供給する過熱水蒸気の供給速度を、従来と比べて低減することができる。残渣を分級することにより、過熱水蒸気の供給速度を残渣中の可燃分の反応速度に見合った量に制御することができ、過剰に過熱水蒸気を供給する必要がなくなる。特に、重残渣と軽残渣とが同一質量の場合は、軽残渣の方が表面積の合計が大きくなり、過熱水蒸気との反応性が向上する。このため、軽残渣に供給する過熱水蒸気の量を、同一質量の重残渣に対して供給する過熱水蒸気の量よりも少なくすることができる。従って、軽残渣に供給する過熱水蒸気の量を、理論上必要とされる過熱水蒸気の量により近づけることができる。この結果、従来のボール型乾留炉と比較して、残渣を熱分解するために必要な過熱水蒸気の量を約５〜１０％低減することができる。粒径のばらつきを小さくし、粒径に応じて適切な量の過熱水蒸気を供給できるため、残渣を効率的に熱分解できると共に、過熱水蒸気の量を節減することができる。即ち、従来よりも短時間で且つ少量の過熱水蒸気で残渣を減容処理できる。また、過熱水蒸気の量を節減できるため、第２容器１４の下流に設置される排ガス処理設備を小型化することができる。
【００４４】
また、本実施例では、反応容器２１でイオン交換樹脂の熱分解に用いられなかった未反応過熱水蒸気を利用して粉体貯留部５０の軽残渣を熱分解する。このため、粉体貯留部５０に別途過熱水蒸気を供給する必要がない。容器を２つに分離してそれぞれに粉体貯留部３６，５０を設けても、第２容器１４に過熱水蒸気供給ノズルを設置しなくてもよい。また、未反応過熱水蒸気は粉体貯留部５０の下部に供給されるため、軽残渣と接触し易い。このため、軽残渣を未反応過熱水蒸気と十分に反応させることができ、軽残渣を適切に熱分解できる。
【００４５】
また、配管１６の流路断面積を調整することにより、配管１６に流れ込む排ガス及び未反応過熱水蒸気の流速を制御することができ、粉体貯留部３６に落下する残渣と、粉体貯留部５０に移送される残渣の質量比を制御することができる。これによっても、より効率的に残渣を熱分解できる。
【実施例２】
【００４６】
次に、図２を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。その他の実施例でも同様である。
【００４７】
実施例２のボール型乾留炉１１０は、配管１１６により第１容器１２と第２容器１４が接続される。配管１１６はｘ方向に延びる配管１１６ａと、ｚ方向に延びる配管１１６ｂと、ｘ方向に延びる配管１１６ｃから構成される。配管１１６ａの一端は粉体貯留部３６の上部に位置しており、他端は配管１１６ｂの一端と接続されている。配管１１６ｃの一端は配管１１６ｂの他端と接続されており、他端は粉体貯留部５０の下部に位置している。反応容器２１の下端から粉体貯留部３６に排出される軽残渣は、排ガス及び未反応過熱水蒸気と共に配管１１６を経由して粉体貯留部５０の下部に供給される。このため、ノズル１８を用いずに未反応過熱水蒸気を粉体貯留部５０の下部に供給することができ、粉体貯留部５０の下部に貯留される軽残渣を適切に熱分解することができる。この構成によっても、実施例１のボール型乾留炉１０と同様の作用効果を奏することができる。なお、配管１１６の他端は粉体貯留部５０に貯留される軽残渣の上面よりも高い位置に位置することが好ましい。粉体貯留部５０に貯留される軽残渣の量は、粉体貯留部３６に貯留される重残渣の量に比べて少ない。このため、配管１１６の他端を粉体貯留部５０の下部に接続しても、配管１１６の他端を軽残渣の上面よりも高い位置に保つことができる。
【実施例３】
【００４８】
実施例３のボール型乾留炉２１０は、第２容器１４の粉体貯留部５０の下部が、第１容器１２の粉体貯留部３６の上部と略同一の高さになるように、第２容器１４が第１容器１２に対して高い位置に配置される。第１容器１２の粉体貯留部３６の上部と、第２容器１４の粉体貯留部５０の下部は、ｘ方向（水平方向）に延びる配管２１６を用いて接続される。この構成によっても、実施例１のボール型乾留炉１０と同様の作用効果を奏することができる。また、配管２１６が屈曲していないため、軽残渣は配管の屈曲部などに滞留することなく、適切に粉体貯留部５０に移送される。
【００４９】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本明細書が開示する放射性廃棄物の減容処理装置及び減容処理方法は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記の実施例ではボール型乾留炉を用いたが、乾留炉の種類はこれに限られず、例えば誘導加熱式乾留炉を用いてもよい。また、減容処理する放射性廃棄物はイオン交換樹脂に限られず、例えば原子力施設にて生じる放射性廃溶媒（例えば、燃料再処理工場の廃溶媒）を減容処理してもよい。また、過熱水蒸気供給ノズル３２は第１容器１２の上面に設置されていてもよい。同様に、排ガス出口４８は第２容器１４の上面に設置されていてもよい。
【００５０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０：ボール型乾留炉
１２：第１容器
１４：第２容器
１６：配管
１８：ノズル
２０：乾留部
２１：反応容器
２２：回転軸
２４：ボール
２６：撹拌翼
２８：ヒータ
３０：イオン交換樹脂供給ノズル
３２：過熱水蒸気供給ノズル
３６：粉体貯留部
３８：過熱水蒸気供給ノズル
４４：フィルタ部
５０：粉体貯留部
【図１】
2015072132.tif 000003
【図２】
2015072132.tif 000004
【図３】
2015072132.tif 000005