(57)【要約】【課題】炉内でキャニスタが破損する事故があっても、誘導加熱炉の復旧のため長期間の操業休止を行う必要がない放射性雑固体廃棄物溶融用高周波誘導加熱炉および雑固体廃棄物の溶融方法を提供する。【解決手段】溶融炉４の炉壁とキャニスタ２の外壁の間に耐熱性と流動性を備えた非導電性砂状物質８を充填して雑固体１の溶融および冷却固化を行い、その後、砂状物質を排出する。なお、砂状物質は放射能を有する部分を除去して再使用することが好ましい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉の炉壁とキャニスタ外壁の間に砂状物質を供給する装置と、該炉壁とキャニスタ外壁の間の砂状物質を排出する装置を備え、キャニスタの外側に該砂状物質を充填して雑固体の溶融を行い、溶融後は該砂状物質を排出することを特徴とする雑固体廃棄物溶融用の高周波誘導炉。
【請求項２】
前記砂状物質は、耐熱性と流動性を備えた非導電性物質であることを特徴とする請求項１記載の高周波誘導炉。
【請求項３】
前記溶融炉が底に開口を有し、前記高周波誘導炉が前記キャニスタを搭載して昇降するキャニスタ台を備え、該キャニスタ台が前記キャニスタを前記溶融炉中にセットする時に前記底の開口を塞いで前記砂状物質を収納する空隙部を形成することを特徴とする請求項１または２記載の高周波誘導炉。
【請求項４】
さらに前記キャニスタを収納して該キャニスタの外壁の外側に前記砂状物質を収納する空隙部を形成する非導電性の外容器を備えて、前記高周波誘導炉が前記外容器を搭載して昇降するキャニスタ台を備え、該キャニスタ台が前記溶融炉の底に有する開口から前記外容器を挿入し前記溶融炉中の適宜の位置にセットすることを特徴とする請求項１または２記載の高周波誘導炉。
【請求項５】
さらに前記溶融炉の下方に前記キャニスタの外壁に付着した前記砂状物質を払い落とす回転ブラシを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高周波誘導炉。
【請求項６】
砂状物質から混入物を排除するセパレータと、砂状物質の放射能を測定する放射線モニタと、砂状物質を保留する供給ホッパと、新規な砂状物質を補給する貯蔵ホッパを備えた砂状物質再生装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の高周波誘導炉。
【請求項７】
固体廃棄物を充填したキャニスタをキャニスタ台に載せて、該キャニスタを溶融炉中に挿入し該キャニスタ台で該溶融炉の底を蓋して空隙部を形成し、該空隙部に砂状物質を充填し、該キャニスタの高周波加熱を行い、該キャニスタの内容物が減容するにしたがって固体廃棄物を補填して溶融し、冷却固化後前記キャニスタ台を下降させると共に前記砂状物質を排出して受け皿に受けることを特徴とする雑固体廃棄物溶融処理方法。
【請求項８】
固体廃棄物を充填したキャニスタを外容器に収納して該キャニスタの周囲に砂状物質を充填し、該外容器をキャニスタ台に載せて溶融炉中に挿入し適宜の位置にセットして、該キャニスタの高周波加熱を行い、該キャニスタの内容物が減容するにしたがって固体廃棄物を補填して溶融し、冷却固化後前記キャニスタ台を下降させて前記外容器を適宜の場所に搬送し、前記砂状物質を排出することを特徴とする雑固体廃棄物溶融処理方法。
【請求項９】
前記砂状物質は、耐熱性と流動性を備えた非導電性物質であることを特徴とする請求項７または８記載の雑固体廃棄物溶融処理方法。
【請求項１０】
さらに、排出された砂状物質から混入物を排除し、砂状物質の放射能を測定して高放射能の部分を廃棄し、残った砂状物質を供給ホッパに蓄えて、該供給ホッパに備蓄された砂状物質の量が不足すると新規な砂状物質を貯蔵ホッパから補給することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の雑固体廃棄物溶融処理方法。
【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、特に原子力施設等で発生する放射性の雑固体廃棄物などを減容減量するために焼却あるいは溶融する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本の原子力発電所で発生する低レベル放射性廃棄物のうち雑固体廃棄物は、日本原燃株式会社の運営する六ヶ所低レベル放射性廃棄物埋設センターに埋設処分される。処分に際しては、廃棄物を２００リットルドラム缶に詰めて隙間にモルタルを充填した廃棄体として埋設している。
埋設場には限りがあるので、ドラム缶に詰める廃棄物の容量を大きくして埋設するドラム缶の数を少なくすることが好ましい。また、電力会社でも、ドラム缶の数をできるだけ減らして処分費用を節減しようとしている。このため、廃棄物をドラム缶に詰めるときにできるだけ減容することが求められている。
【０００３】
廃棄物の減容方法として、高周波誘導加熱炉を用いた方法がある。この方法は、高周波誘導加熱炉に設置したキャニスタ内で廃棄物を溶融して減容し、そのままキャニスタ内で固化させた後、キャニスタごとドラム缶に詰め、隙間にモルタルなどの固型化材料を充填して廃棄体とするものである。
炉内への装荷や炉外への取り出しなど、キャニスタのハンドリングを容易にするため、またキャニスタの外表面温度の測定を容易にするため、通常、誘導加熱炉炉体の内壁とキャニスタの間に空隙を持たせている。たとえば、特開平６−２７３５９１は可燃性固体廃棄物を酸素含有ガス供給下で焼却して減量し、さらに誘導加熱して溶融して減容する焼却溶融処理技術を開示したものであるが、ここにもキャニスタと炉壁の間に空隙を有する溶融炉が示されている。
しかし、キャニスタの製造欠陥、過度な昇温による熱応力、侵食などにより万一キャニスタが破損すると、キャニスタ内部の溶融物がキャニスタと炉壁の間の空隙に流れ出して、その復旧に多大な労力が要求され、また長期間の操業休止が必要となる。
【０００４】
【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、炉内でキャニスタが破損するような万一の事故があっても、誘導加熱炉の復旧のため長期間の操業休止を行う必要がなく、安定して廃棄体を作成できる放射性雑固体廃棄物溶融用高周波誘導加熱炉および雑固体廃棄物の溶融方法を提供することである。
【０００５】
【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の高周波誘導加熱炉は、溶融炉の炉壁とキャニスタ外壁の間に砂状物質を供給する装置と、炉壁とキャニスタ外壁の間の砂状物質を排出する装置を備え、キャニスタの外側に砂状物質を充填して雑固体の溶融を行い、溶融後に砂状物質を排出することを特徴とする。
なお、砂状物質は、耐熱性と流動性を備えた非導電性物質を選択することが好ましい。
【０００６】
本発明の高周波誘導加熱炉を用いて、砂状物質をキャニスタの周囲に充填して固体廃棄物の溶融を行うと、砂状物質の断熱効果によりキャニスタの壁における内外温度差が抑えられキャニスタの熱応力を緩和することができる。また、高温のキャニスタは比重の高い溶湯により生ずるフープ応力で膨張しようとするが、キャニスタの周囲から砂状物質の圧力がかかってフープ応力を緩和するのでキャニスタが破損しにくい。
このように、熱的および機械的強度に対する要求が低くなり、キャニスタの壁を薄肉化することができキャニスタの製造コストが減少すると共に、ドラム缶に詰める廃棄物の容量が増える。
さらに、万一、キャニスタにクラックが生じて溶湯が漏れたとしても、砂状物質に染み込んで凝固しクラックの蓋となって新たな漏出を阻止するので、漏洩の拡大を防止することができる。
【０００７】
なお、キャニスタを搭載して昇降するキャニスタ台がキャニスタを溶融炉中にセットする時に、溶融炉の底に設けられた開口を塞いで、キャニスタの周囲に砂状物質を収納する空隙部を形成するように構成されていてもよい。
このような方法を用いると、従来型の構成を最大限に利用して、簡単に本発明の利便性を得ることができる。
【０００８】
また、キャニスタを収納する外容器を準備して、外容器にキャニスタを収納するとキャニスタの周囲に砂状物質を収納する空隙部を形成するようにしてもよい。キャニスタ台はこの外容器を搭載して溶融炉底の開口から挿入し溶融炉中の適宜の位置にセットすることができる。
この方法では、外容器にキャニスタを格納し砂状物質を充填する作業あるいは砂状物質を排泄する作業を適宜な場所で適宜の道具を用いて行うことができるので作業能率が向上する上、溶融炉の壁に砂状物質が接触しないので装置の保守が簡単である。
【０００９】
なお、溶融炉の下方にキャニスタの外壁に付着した砂状物質を払い落とす回転ブラシを備えることが好ましい。
また、使用済みの砂状物質は、砂状物質から混入物を排除するセパレータと、砂状物質の放射能を測定する放射線モニタと、砂状物質を保留する供給ホッパと、新規な砂状物質を補給する貯蔵ホッパを備えた砂状物質再生装置により、再生して再利用することが好ましい。
砂状物質は、放射性廃棄物を溶融する時に排ガスにさらされたり、雑固体の破片が混入したりするため、放射能を帯びることがあるので、混入物を排除し高放射能を有する部分を排除して再利用しなければならない。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、本発明の雑固体廃棄物溶融方法は、固体廃棄物を充填したキャニスタをキャニスタ台に載せて、キャニスタを溶融炉中に挿入しキャニスタ台で溶融炉に底蓋をして空隙部を形成し、この空隙部に砂状物質を充填し、キャニスタの高周波加熱を行い、キャニスタの内容物が減容するにしたがって固体廃棄物を補填して溶融し、冷却固化後、キャニスタ台を下降させると共に砂状物質を排出して受け皿に受けることを特徴とする。
本発明の雑固体廃棄物溶融方法を用いると、より簡単なキャニスタを利用して漏洩事故を防止することができ、しかも万一クラックが生じて溶湯が漏れだしても砂状物質中で直ちに固化してクラックを塞ぐので、それ以上漏洩しない。
【００１１】
また、本発明の雑固体廃棄物溶融方法は、固体廃棄物を充填したキャニスタを収納する外容器を用いて、外容器に収納したキャニスタの周囲に砂状物質を充填し、外容器をキャニスタ台に載せて溶融炉中に挿入し適宜の位置にセットして、キャニスタの高周波加熱を行い、キャニスタの内容物が減容するにしたがって固体廃棄物を補填して溶融し、冷却固化後、キャニスタ台を下降させて外容器を適宜の場所に搬送して砂状物質を排出するようにしてもよい。
さらに、排出された砂状物質はセパレータや放射線モニタを使って再生処理を施して再利用してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例に係る雑固体廃棄物溶融方法の手順図、図２は本実施例における回転ブラシの機能を説明する図面、図３は砂状物質の再使用機構を示すブロック図、図４は本発明の雑固体廃棄物溶融処理に用いる装置の例を説明する図面、図５は砂状物質を排出する別の方法を説明する図面である。
【００１３】
図１は、（ａ）から（ｆ）により、本発明の１実施例における高周波誘導加熱炉を用いた雑固体廃棄物溶融処理方法について順を追って説明するものである。
本実施例の高周波誘導加熱炉は、底が開放された溶融炉４を備える。溶融炉４の直下にキャニスタ２を搭載するキャニスタ台３が設けられている。キャニスタ台３は昇降機構５により上下に駆動される。搭載したキャニスタ２を溶融炉４内にセットしたときにはキャニスタ台３の上面が溶融炉４の底の縁に当たって封止するようになっている。また、キャニスタ台３の下には受け皿６が設けられている。
【００１４】
本実施例の雑固体廃棄物溶融処理方法は、まず、予め固体廃棄物１を充填したキャニスタ２を耐火物でできたキャニスタ台３に乗せて（図１（ａ））、キャニスタ２を溶融炉４に挿入してセットする（図１（ｂ））。キャニスタ台３は溶融炉４の底縁に当たって、底蓋の役割をなす。
次に、キャニスタ２と溶融炉４の内壁の間にできる空隙部７に砂状物質８を充填する（図１（ｃ））。この状態で高周波加熱を行うと、雑固体廃棄物が溶融して溶湯９となり減容する。キャニスタ２内の溶湯９の液面が低下すると雑固体廃棄物１を追加してこれを補填する（図１（ｄ））。追加供給を繰り返して所定量の廃棄物を溶融しさらに冷却固化した後（図１（ｅ））、キャニスタ２を下降させると溶融炉４の底縁とキャニスタ台３の間に隙間ができ、空隙部７に充填してあった砂状物質８がキャニスタ台３の端から落ちるので受け皿６に受けて回収する（図１（ｆ））。
【００１５】
内部に雑固体廃棄物を溶融固化したキャニスタ２は、図外の処理装置でドラム缶中に仕込んでモルタルを注入して固定し、所定の埋設場に搬送して処分する。
なお、溶融炉４内で排ガスに晒されたり放射性物質が混入したり付着した砂状物質８がキャニスタ２の表面に付着していると、キャニスタ２をハンドリングする間に砂状物質８が剥落して周囲を汚染する危険があるので、図２に示すように、溶融炉４の下に回転ブラシ１０を設けて、キャニスタ２の表面に付着した砂状物質８を払い落とすことが好ましい。回転ブラシ１０は自転しながら上下の方向に移動すると共にキャニスタ２の周囲を巡るようにする。払い落とした砂状物質８は受け皿６に受ける。
また、炉壁に付着した砂も、同様にブラシ等で払い落とすことが好ましい。
【００１６】
空隙部７に充填する砂状物質８には、耐熱性と流動性を備える物質を選択する。また、高周波誘導に障りにならないように非導電性物質を選ぶ。さらに、雑固体廃棄物の溶融中はキャニスタ２からの熱伝導により１２００°程度の高温となるので、高温状態でも粒子同士が固着あるいは融着したりしない物質である必要があり、また溶湯９がキャニスタ２から漏洩して接触してもガスを放出するような物質は使用しないようにしなければならない。こうした条件を満たすものとして、たとえば、乾燥けい砂、アルミナやジルコニアなどのセラミック製粒子等がある。
【００１７】
このような条件に合致した砂状物質８をキャニスタ２の周囲に充填して廃棄物の溶融を行うと、砂状物質８の断熱効果により、従来、キャニスタの壁における内外温度差が２００℃から３００℃程度あったものがたとえば１００℃まで抑えられキャニスタ２の熱応力を緩和することができる。また、高温のキャニスタ２は、鉄が主成分であれば７．８程度の比重になる溶湯９により生ずるフープ応力により膨張しようとするが、キャニスタ２の周囲から砂状物質８の圧力がかかってフープ応力を緩和するので、キャニスタ２が破損しにくい。
【００１８】
さらに、万一、キャニスタ２にクラックが生じて溶湯９が漏れたとしても、砂状物質８に染み込んで凝固しクラックの蓋となって新たな漏出を阻止するので、漏洩の拡大を防止することができる。
また、上記の通り、熱的および機械的強度に対する要求が低くなるので、キャニスタの壁を薄肉化することができ容量が増加し製造コストが減少する利益がある。
【００１９】
なお、砂状物質の一部は放射性廃棄物溶融時に排ガスにさらされるため、また放射性廃棄物が混入する場合があるため、キャニスタと炉壁の間に充填される砂状物質は微小とはいえ放射能を帯びてくる。溶融炉から回収した砂状物質を全て低レベル放射性廃棄物として処理するのではコストが過大になってしまう。そこで、砂状物質の処理プラントを付設して汚染された部分を峻別して分離し、利用可能な砂状物質を再利用することが好ましい。
【００２０】
図３は、砂状物質の再利用を可能にする処理プラントのブロック図である。
処理プラントは、セパレータ１１と放射線モニタ１２と供給ホッパ１３と新しい砂状物質を貯蔵する貯蔵ホッパ１４を備える。溶融炉４から回収された砂状物質は、追加供給した廃棄物の細片や漏洩して固化した廃棄物片が混入している可能性があるので、セパレータ１１で混在物を分離して除去する。
循環利用する砂状物質は、放射性廃棄物を溶融するときに発生するガスにさらされたり除去しきれない放射性物質のため微小な放射能を帯びてくるので、セパレータ１１を通過した砂状物質は、放射線モニタ１２で放射能を測定し、所定の基準値以上に汚染された部分があれば分離して廃棄処分する。
【００２１】
再利用が可能と判定された砂状物質は、供給ホッパ１３に蓄えておいて、キャニスタ２をセットする際に順次必要量を供給する。
溶融炉の連続使用を可能とするため、複数バッチ分の充填量を供給ホッパ１３に確保する。廃棄により砂状物質が不足するようになったら、適宜貯蔵ホッパ１４から新しい砂状物質を補充することができる。
なお、必要に応じて、セパレータの前段に冷却装置を設けて、回収した砂状物質を冷却するようにしてもよい。
砂状物質処理系内における砂状物質の搬送には、空気を媒体とした固気混相流を利用することができる。
【００２２】
また、図４はキャニスタをキャニスタ台上に直接セットする代わりに、外容器を使用する方法を説明する図面である。
キャニスタ２１を収納してさらに隙間ができる大きさの外容器２２を準備する。外容器２２はたとえばセラミックなど非導電性の耐熱性材料で形成する。
キャニスタ２１を外容器２２に挿入し（図４（ａ））、キャニスタ２１と外容器２２の内壁の間にできる空隙部に砂状物質２３を充填する（図４（ｂ））。キャニスタ２１と砂状物質２３を充填した外容器２２をキャニスタ台に載せて溶融炉の内部に挿入する。
【００２３】
砂状物質２３は外容器２２に収納されるので、キャニスタ台と溶融炉の底縁は密着して封止する必要がなく、また溶融炉中のキャニスタ２１の位置は自由に選択することができる。さらに、先の実施例ではキャニスタ台を溶融炉から下降させると砂状物質はキャニスタ台の縁から受け皿に落下したが、外容器２２を使用する方法では、砂状物質２３をキャニスタ２２に充填したり取り出したりする場所や方法は任意に選択でき、たとえばキャニスタ２２をキャニスタ台から他の場所に移動してから砂状物質２３を取り出すようにしてもよい。図面に示した外容器２２には底に複数の穴２４が設けられていて、外容器２２の底に設けた穴２４を開通させることにより受け皿２５に落として砂状物質２３を回収することができる（図４（ｃ））。
また、図５に示すように、真空吸引装置２６で砂状物質２３を外容器２２から吸い出して任意のところに設けた回収槽２７に搬送することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の雑固体廃棄物溶融用高周波誘導炉および雑固体廃棄物溶融方法によって、処理中にキャニスタの破損事故が起こりにくく、また万一炉内でキャニスタが破損するような事故があっても、簡単に誘導加熱炉を復旧することができるため長期間の操業休止に至らず安定して廃棄体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る雑固体廃棄物溶融方法の手順図である。
【図２】本実施例における回転ブラシの機能を説明する図面である。
【図３】本実施例で使用する砂状物質の再使用機構を示すブロック図である。
【図４】本発明の雑固体廃棄物溶融処理に用いる装置の例を説明する図面である。
【図５】図４の装置において砂状物質を排出する別の方法を説明する図面である。
【符号の説明】
１　雑固体廃棄物
２　キャニスタ
３　キャニスタ台
４　溶融炉
５　昇降機構
６　受け皿
７　空隙部
８　砂状物質
９　溶湯
１０　回転ブラシ
１１　セパレータ
１２　放射線モニタ
１３　供給ホッパ
１４　貯蔵ホッパ
２１　キャニスタ
２２　外容器
２３　砂状物質
２４　底の穴
２５　受け皿
２６　真空吸引装置
２７　回収槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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