(57)【要約】【課題】キャニスタ内のガラスレベルが許容最高レベルまで達したことを正確に検出してオーバーフローを防止できる高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置を提供する。【解決手段】高レベル放射性廃棄物をガラス原料と混ぜ合わせるためのガラス溶融炉３の下部にキャニスタ４を配置し、そのキャニスタ４内に上記ガラス溶融炉３から溶融ガラスＧを流下させて収容・固化するガラス固化装置１において、上記キャニスタ４内のガラスＧのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを検出して上記ガラス溶融炉３からのガラスの流下を停止するオーバーフロー防止手段を備えたものである。【選択図】　　　　図１
2004085341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高レベル放射性廃棄物をガラス原料と混ぜ合わせるためのガラス溶融炉の下部にキャニスタを配置し、そのキャニスタ内に上記ガラス溶融炉から溶融ガラスを流下させて収容・固化するガラス固化装置において、
上記キャニスタ内のガラスのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを検出して上記ガラス溶融炉からのガラスの流下を停止するオーバーフロー防止手段を備えたことを特徴とする高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置。
【請求項２】
上記オーバーフロー防止手段は、上記キャニスタ上部の導入口に臨んで配置された一対の電極を備えたレベル検出手段を有する請求項１記載の高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置。
【請求項３】
上記一対の電極は、上記キャニスタ内に流下するガラスの通路を妨げることのない範囲で、上記キャニスタの中心部に近接させて配置される請求項２記載の高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置。
【請求項４】
上記ガラス溶融炉の下部にガラス溶融炉と上記キャニスタとを結合するための結合装置が設けられ、結合装置は、その下部が上記キャニスタの上部に対して接触する位置と離間する位置との間で移動できるように、上下方向に伸縮自在であり、上記一対の電極は上記結合装置の下部に設けられる請求項２又は３記載の高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高レベル放射性廃棄物をガラス原料と混ぜ合わせてキャニスタ内に収容・固化するためのガラス固化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所などで発生する高レベル放射性廃棄物の処理方法として、高レベル放射性廃棄物をガラス原料と溶融しつつ混ぜ合わせて、その高レベル放射性廃棄物を含んだガラスをキャニスタと称される金属製の容器内に収容して固化する方法が知られている。
【０００３】
図５を用いて、従来の高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置を説明する。
【０００４】
図示するように、ガラス固化装置３１は金属ケーシング３２内に配置されたガラス溶融炉３３と、そのガラス溶融炉３３の下部に配置されたキャニスタ３４とを備えている。
【０００５】
ガラス溶融炉３３の上部には、高レベル放射性廃棄物及びガラス原料を内部に導入するための供給配管３６が接続されている。ガラス溶融炉３３の側部には、溶融炉３３内に導入された高レベル放射性廃棄物及びガラス原料を加熱するための加熱電極３７が設けられている。加熱電極３７は、溶融炉３３の比較的上部に配置された主電極３８と、比較的下部に配置された副電極３９とからなる。また、溶融炉３３の上部には間接ヒータ４０が設けられている。
【０００６】
ガラス溶融炉３３の下部にはガラス溶融炉３３とキャニスタ３４とを結合するための結合装置４１が設けられる。キャニスタ３４は金属製の円筒容器であり、例えばステンレスからなる。
【０００７】
供給配管３６からガラス溶融炉３３内に導入された高レベル放射性廃棄物及びガラス原料は、加熱電極３７及び間接ヒータ４０によって約１０００℃まで加熱され、溶融されつつ混合される。その後、高レベル放射性廃棄物を含んだ溶融ガラスＧは、ガラス溶融炉３３下部の流下ノズル４２から結合装置４１内を通ってキャニスタ３４上部のガラス導入口４３からキャニスタ３４内に流下して固化する。内部にガラスが貯蔵されたキャニスタ（ガラス固化体）は貯蔵設備へと運ばれて保存される。
【０００８】
ガラス溶融炉３３内には、常に複数本（例えば１１本）のキャニスタ３４の容量に相当する量のガラスＧ（高レベル放射性廃棄物と混合されたガラス）が存在するように、高レベル放射性廃棄物及びガラス原料が連続的に供給される。
【０００９】
キャニスタ３４の下部にはキャニスタ３４の重量を測定する重量計４９が設けられており、キャニスタ３４の重量が所定値に達するとキャニスタ３４内のガラスのレベル（液位）が許容最高レベル、即ち、導入口４３の近傍まで上昇したことを判断する。そして、流下ノズル４２に設けられた図示しない弁を閉じて溶融ガラスＧの流下を停止し、キャニスタ３４の交換作業を行う。キャニスタ３４内のガラスのレベルを検出する手段としては、上記重量計４９の他にコバルト線源をキャニスタ３４に放射して測定するものも知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラス溶融炉３３は耐火レンガからなり、その耐久年数は５年程度であるため、５年に一度程度ガラス溶融炉３３を交換する必要がある。その場合、当然、交換作業を行う前にガラス溶融炉３３内のガラスＧ（高レベル放射性廃棄物と混合されたガラス）を全て排出する必要がある。
【００１１】
しかしながら、ガラス溶融炉３３内のガラスＧを全て排出するに際して、内部のガラスＧのレベルが主電極３８及び副電極３９よりも低下すると、加熱電極３７による加熱ができなくなり溶融ガラスＧの温度が低下してしまう。
【００１２】
その結果、キャニスタ３４内に流下したガラスがキャニスタ３４内で完全に拡がる前に固まってしまい、とぐろ状に堆積される。即ち、ガラス溶融炉３３内のガラスレベルが十分高い通常状態では図中実線Ａで示すように、キャニスタ３４の横方向に十分拡がって堆積するのに対して、ガラス溶融炉３３内のガラスレベルが低くなると、図中破線Ｂで示すように、ガラスがキャニスタ３４の内壁まで完全に拡がりきる前に固まってとぐろ状に堆積する。
【００１３】
このため、重量計４９によるガラスレベル測定を行った場合、キャニスタ３４の重量が所定値に達する前にガラスのレベルが許容最高レベルに達してしまう。
また、コバルト線源を用いたガラスレベル測定を行った場合、キャニスタ３４内にガラスが均一に収容されていないため正確な測定を行うことができない。また、コバルト線源を用いた装置は大がかりとなりコスト高となるデメリットもある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、キャニスタ内のガラスレベルが許容最高レベルに達したことを正確に検出してオーバーフローを防止できる高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、高レベル放射性廃棄物をガラス原料と混ぜ合わせるためのガラス溶融炉の下部にキャニスタを配置し、そのキャニスタ内に上記ガラス溶融炉から溶融ガラスを流下させて収容・固化するガラス固化装置において、上記キャニスタ内のガラスのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを検出して上記ガラス溶融炉からのガラスの流下を停止するオーバーフロー防止手段を備えたものである。
【００１６】
ここで、上記オーバーフロー防止手段は、上記キャニスタ上部の導入口に臨んで配置された一対の電極を備えたレベル検出手段を有しても良い。
【００１７】
また、上記一対の電極は、上記キャニスタ内に流下するガラスの通路を妨げることのない範囲で、上記キャニスタの中心部に近接させて配置しても良い。
【００１８】
また、上記ガラス溶融炉の下部にガラス溶融炉と上記キャニスタとを結合するための結合装置が設けられ、結合装置は、その下部が上記キャニスタの上部に対して接触する位置と離間する位置との間で移動できるように、上下方向に伸縮自在であり、上記一対の電極を上記結合装置の下部に設けても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態の高レベル放射性廃棄物のガラス固化装置の正面図、図２はキャニスタ上部及びレベル検出手段を示す拡大平面図、図３はキャニスタ上部及びレベル検出手段を示す拡大正面図である。
【００２１】
まず、ガラス固化装置１の全体について説明する。基本的な構成は図５に示したものと同様である。
【００２２】
即ち、ガラス固化装置１は金属ケーシング２内に配置されたガラス溶融炉３と、そのガラス溶融炉３の下部に配置されたキャニスタ４とを備えている。
【００２３】
ガラス溶融炉３の上部には、高レベル放射性廃棄物及びガラス原料を内部に導入するための供給配管６が接続されている。ガラス溶融炉３の側部には、ガラス溶融炉３内に導入された高レベル放射性廃棄物及びガラス原料を加熱するための加熱電極７が設けられている。加熱電極７は、溶融炉３の比較的上部に配置された主電極８（例えば通電電力１００〜２００ｋＷ程度）と、比較的下部に配置された副電極９（例えば通電電力４０ｋＷ程度）とからなる。また、ガラス溶融炉３の上部には間接ヒータ１０が設けられている。
【００２４】
ガラス溶融炉３の下部には、ガラス溶融炉３とキャニスタ４とを結合するための円筒状の結合装置１１が設けられる。結合装置１１は上下方向に伸縮自在なベローズであり、その下部がキャニスタ４の上部に接触する結合位置（図中実線で示す）と、キャニスタ４の上部から離間した離間位置（図中破線で示す）との間で移動できるようになっている。結合装置１１はエアーにより伸縮される。キャニスタ４は金属製の円筒容器であり、例えばステンレスからなる。
【００２５】
キャニスタ４の下部には、キャニスタ４の重量を測定する重量計１９が設けられている。
【００２６】
供給配管６からガラス溶融炉３内に導入された高レベル放射性廃棄物及びガラス原料は、加熱電極７及び間接ヒータ１０によって約１０００℃まで加熱され、溶融されつつ混合される。その後、高レベル放射性廃棄物を含んだ溶融ガラスＧはガラス溶融炉３下部の流下ノズル１２から結合装置１１内を通ってキャニスタ４上部のガラス導入口１３からキャニスタ４内に流下して固化する。内部にガラスＧが貯蔵されたキャニスタ（ガラス固化体）は貯蔵設備へと運ばれて保存される。
【００２７】
さて、本発明の要旨は、ガラス溶融炉３内のガラス（高レベル放射性廃棄物と混合されたガラス）を全て排出するに際して、キャニスタ４内にガラスＧがとぐろ状に堆積されてもキャニスタ４内のガラスＧのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを正確に検出してオーバーフローを防止するオーバーフロー防止手段を設けた点にあり、以下、この点について説明する。
【００２８】
本実施形態のオーバーフロー防止手段は、結合装置１１の下部に設けられた一対のレベル検出電極１５，１５と、それら一対のレベル検出電極１５，１５に接続された抵抗検出器１６とからなるレベル検出手段１７を備える。本実施形態では、レベル検出手段１７は結合装置１１の周方向に２個設けられている。
【００２９】
図３に示すように、各レベル検出電極１５は、結合装置１１の径方向外側から内側に向かってほぼ水平に延出した水平部分１５ａと、その水平部分１５ａの内側端部からほぼ垂直下向きに延出した垂直部分１５ｂとを備え、ほぼＬ字状に形成される。結合装置１１を伸張させてその下部をキャニスタ４の上部に接触させると、各レベル検出電極１５の垂直部分１５ｂがキャニスタ４の導入口１３内に臨んで位置する。このとき、レベル検出電極１５の垂直部分１５ｂの下端部は、キャニスタ４内のガラスＧの許容最高レベルに位置する。即ち、導入口１３の近傍に位置する。
【００３０】
本実施形態ではレベル検出手段１７が二つ設けられているため、合計４本のレベル検出電極１５がキャニスタ４上部の導入口１３内に配置される。図２に示すように、各レベル検出電極１５は周方向に約９０°間隔を隔てて配置される。
【００３１】
レベル検出電極１５の材質としては耐火性に優れたものが好ましく、例えば、インコネル（登録商標）などを用いることができる。
【００３２】
抵抗検出器１６は接続された一対のレベル検出電極１５に直流電流を流す直流電源を備え、一対のレベル検出電極１５間の電気的抵抗を測定する。
【００３３】
次に、オーバーフロー防止手段の作用を説明する。
【００３４】
いま、ガラス溶融炉３を交換するに際して、内部の溶融ガラスＧを全てキャニスタ４内に抜き出すとする。ガラス溶融炉３内のガラスレベルが主電極８及び副電極９よりも低下すると加熱電極７による加熱ができなくなり、溶融ガラスＧの温度が低下し、キャニスタ４内にとぐろ状に堆積していく。
【００３５】
この結果、重量計１９による計測値が所定値に達する前に、キャニスタ４内のガラスＧのレベルがキャニスタ４の導入口１３近傍（許容最高レベル）まで上昇する。すると、図４に示すように、ガラスＧの上部がレベル検出手段１７の一対のレベル検出電極１５の垂直部分１５ｂと接触する。これによって、一対のレベル検出電極１５間の電気的抵抗が変化する。具体的には、溶融ガラスＧが一対のレベル検出電極１５に触れていないときは電気的抵抗はほぼ無限大であるのに対して、溶融ガラスＧの上部が一対のレベル検出電極１５と接触すると電気的抵抗は０．５Ω程度になる。これは、ガラスＧ内に存在する高レベル放射性廃棄物が金属を含んでいるからである。
【００３６】
なお、レベル検出手段１７がキャニスタ４の周方向２ヶ所に設けられているため、とぐろの形状に関わらずガラスＧとレベル検出電極１５とが確実に接触できる。
【００３７】
抵抗検出器１６は一対のレベル検出電極１５間の電気的抵抗の変化を検出すると、キャニスタ４内のガラスレベルが許容最高レベルに達したことを判断する。
その後、流下ノズル１２に設けられた図示しない弁を閉じて溶融ガラスＧの流下を停止し、キャニスタ４の交換作業を行う。キャニスタ４を交換するに当たっては、結合装置１１を縮小させてその下部を引き上げればレベル検出電極１５をキャニスタ４内から抜くことができる。
【００３８】
ガラスＧの流下の停止は、自動的に行うようにしても良いし、手動で行っても良い。例えば、流下ノズル１２の弁と抵抗検出器１６とを電気的に接続しておき、抵抗検出器１６からの信号に応じて流下ノズル１２の弁が閉じられるようにしても良い。あるいは、抵抗検出器１６にランプなどの警告手段を接続してその警告手段を遠隔位置に配置しておき、オペレータが警告手段による警告を確認したら遠隔位置から流下ノズル１２の弁を閉じるようにしても良い。このように、本実施形態のオーバーフロー防止手段は、レベル検出手段１７と、レベル検出手段１７の検出結果に応じて流下ノズル１２の弁を閉じる手段（図示せず）とで構成される。
【００３９】
ここで、キャニスタ４内にとぐろ状に堆積するガラスＧは、キャニスタ４の径方向ほぼ中心部に堆積するので、ガラスＧとレベル検出電極１５とを確実に接触させるためには、レベル検出電極１５をなるべくキャニスタ４の径方向中心部に近接させて位置させることが好ましい。しかしながら、結合装置１１及びキャニスタ４の中心部は流下ガラスＧが通過するため、流下中のガラスがレベル検出電極１５と接触しないように、その通路を妨げない範囲で中心部に近接させる必要がある。即ち、図２及び図３に示すように、流下するガラスＧに対して所定の間隔Ｗを隔てて配置する。キャニスタ４の導入口１３の直径は例えば１４０ｍｍ程度である。間隔Ｗは、導入口１３の直径と流下するガラスの径とを考慮して適宜設定される。
【００４０】
本実施形態のガラス固化装置１によれば、キャニスタ４内にガラスＧがとぐろ状に堆積しても、ガラスＧのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを正確に検出し、ガラスＧの流下を停止できる。従って、ガラスＧがキャニスタ４からオーバーフローすることを防止できる。
【００４１】
また、ガラス溶融炉３内のガラスレベルが十分高い通常状態でも、重量計１９のバックアップ装置として用いればガラス固化装置１の安全性・信頼性を高めることができる。
【００４２】
更に、レベル検出電極１５は無機材であるため、放射線雰囲気で使用しても長期間の使用が可能である。また、安価で製造できる。
【００４３】
なお、本実施形態のレベル検出手段１７は結合装置１１に対して着脱可能にしても良い。そうすれば、レベル検出手段１７が故障した場合などでも容易に交換できる。
【００４４】
本実施形態ではレベル検出手段１７は結合装置の周方向２ヶ所に設けるとして説明してきたが、本発明はこの点において限定されず、１ヶ所あるいは３ヶ所以上に設けるようにしても良い。
【００４５】
また、レベル検出手段１７として一対の電極１５を用いるとして説明したが、他の構成にすることもできる。例えば、一本又は複数本のアームをキャニスタ４の導入口１３内に臨んで配置し、キャニスタ４内のガラスＧの上部がアームと接触してそのアームを押し上げたときに、それを検出してガラスのレベルが許容最高レベルまで上昇したことを判断するようにすることもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、キャニスタ内のガラスレベルが許容最高レベルに達したことを正確に検出できオーバーフローを防止できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス固化装置の正面図である。
【図２】図１のガラス固化装置のキャニスタ上部及びレベル検出手段を示す拡大平面図である。
【図３】図１のガラス固化装置のキャニスタ上部及びレベル検出手段を示す拡大正面図である。
【図４】キャニスタ内に堆積したガラスがレベル検出電極と接触した状態を示す拡大正面図である。
【図５】従来のガラス固化装置の正面図である。
【符号の説明】
１　ガラス固化装置
３　ガラス溶融炉
４　キャニスタ
１１　結合装置
１３　導入口
１５　レベル検出電極
１６　抵抗検出器
１７　レベル検出手段
【図１】
2004085341.tif 000003
【図２】
2004085341.tif 000004
【図３】
2004085341.tif 000005
【図４】
2004085341.tif 000006
【図５】
2004085341.tif 000007