JP6030369B2 - Melting container and high frequency melting apparatus - Google Patents
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Description
本明細書に開示する技術は、放射性廃棄物を溶融固化するための技術に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a technology for melting and solidifying radioactive waste.
一般に、原子力発電所などで生成する可燃性の放射性廃棄物は、まず焼却施設で焼却されて灰に減容される。このような焼却灰、及び不燃性の雑固体は、高周波溶融装置内に設置されるるつぼに装填される。次いで、誘導加熱によりるつぼを発熱させ、るつぼ内に装填された放射性廃棄物を溶融・冷却固化する。冷却固化された放射性廃棄物は所定の施設に貯蔵（廃棄）される。通常、るつぼには、カーボンが含有された導電性のセラミック容器が用いられる。セラミック製のるつぼは、基本的には破損しないように設計されているものの、搬送時における物理的衝撃や、誤って投入された多量の揮発性物質の異常燃焼の衝撃などで破損する可能性がある。るつぼが破損すると、破損箇所から溶湯が漏出する虞がある。そこで、特許文献１には、るつぼをセラミック製の外筒内に収納し、るつぼと外筒の間に耐熱性粉体を充填して溶融用容器を二層構造にする技術が開示されている。この技術では、仮に内側のるつぼが破損しても、溶湯が外部へ流出するのが外筒によって防止される。特許文献１では、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３等の骨材をカーボンボンドにより焼結して導電性を持たせた容器がるつぼとして用いられている。 In general, combustible radioactive waste generated at a nuclear power plant or the like is first incinerated at an incineration facility and reduced to ash. Such incineration ash and nonflammable miscellaneous solids are loaded into a crucible installed in a high-frequency melting apparatus. Next, the crucible is heated by induction heating to melt and cool and solidify the radioactive waste loaded in the crucible. The cooled and solidified radioactive waste is stored (discarded) in a predetermined facility. Usually, a conductive ceramic container containing carbon is used for the crucible. Although ceramic crucibles are basically designed not to be damaged, they may be damaged by physical impact during transportation or the impact of abnormal combustion of a large amount of volatile substances that are accidentally charged. is there. If the crucible is damaged, the molten metal may leak from the damaged part. Therefore, Patent Document 1 discloses a technique in which a crucible is housed in a ceramic outer cylinder, and heat-resistant powder is filled between the crucible and the outer cylinder so that the melting container has a two-layer structure. . In this technique, even if the inner crucible is damaged, the outer cylinder prevents the molten metal from flowing out. In Patent Document 1, a container in which an aggregate such as SiC or Al 2 O 3 is sintered with carbon bonds to have conductivity is used as a crucible.
特許文献１に開示される技術では、放射性廃棄物を溶融する容器を二層にすることで、仮にるつぼ（内側の容器）が破損しても、外筒（外側の容器）が破損していなければ、放射能を有する高温の溶湯が外部に流出することを防止することができる。しかしながら、特許文献１の二層容器は、外筒もセラミック製であり、物理的衝撃により破損する可能性がある。外側の容器が破損すると、内側のるつぼが破損した際に、溶湯が外部に流出することを防ぐことができない。かかる問題を解決する方法として、金属製の外筒を用いることが考えられる。金属製の外筒を用いることで、搬送時などに加えられる物理的衝撃に対して外筒が破損し難くなる。しかしながら、通常のＳｉＣやＡｌ２Ｏ３等の骨材をカーボンボンドにより焼結して導電性を持たせたるつぼと金属製の外筒で構成される二層容器では、高周波誘導加熱すると、金属製の外筒温度が内側のるつぼの温度より高くなるため、廃棄物が十分溶融できる温度までるつぼの温度を上昇させることはできない。 In the technique disclosed in Patent Document 1, even if the crucible (inner container) is damaged, the outer cylinder (outer container) must be damaged by making the container for melting radioactive waste into two layers. As a result, it is possible to prevent the hot molten metal having radioactivity from flowing out. However, in the two-layer container of Patent Document 1, the outer cylinder is also made of ceramic and may be damaged by physical impact. If the outer container is damaged, it is impossible to prevent the molten metal from flowing out when the inner crucible is damaged. As a method for solving this problem, it is conceivable to use a metal outer cylinder. By using a metal outer cylinder, the outer cylinder is less likely to be damaged by a physical impact applied during transportation. However, in a two-layer container composed of a crucible and a metal outer cylinder made by sintering ordinary aggregate such as SiC or Al 2 O 3 by carbon bond, metal The temperature of the crucible cannot be increased to a temperature at which the waste can be sufficiently melted because the temperature of the outer cylinder made of the product becomes higher than the temperature of the inner crucible.
本明細書では、高周波溶融装置に設置される溶融容器において、溶湯が外部に流出する可能性を低減するとともに、るつぼの温度を、廃棄物を溶融可能な温度まで適切に上昇させることができる技術を開示する。 In the present specification, in a melting container installed in a high-frequency melting apparatus, a technique capable of reducing the possibility of the molten metal flowing out and appropriately raising the temperature of the crucible to a temperature at which waste can be melted. Is disclosed.
本明細書が開示する溶融容器は、高周波溶融装置内に設置され、装填される放射性廃棄物を誘導加熱により発熱して溶融する。その溶融容器は、放射性廃棄物が装填されるるつぼと、るつぼを収容する外筒と、るつぼと外筒の間に充填されている断熱材とを有する。るつぼは、カーボンを含有するセラミックにより形成されると共に、含浸処理が施された容器である。外筒は金属製容器である。 The melting container disclosed in the present specification is installed in a high-frequency melting apparatus, and heats and melts the charged radioactive waste by induction heating. The melting container includes a crucible loaded with radioactive waste, an outer cylinder that accommodates the crucible, and a heat insulating material that is filled between the crucible and the outer cylinder. The crucible is a container formed of ceramic containing carbon and impregnated. The outer cylinder is a metal container.
この構成によると、るつぼに含浸処理を施すため、電気抵抗率が小さくなり、るつぼが発熱し易くなる。このため、含浸処理を施さないるつぼと比較すると、外筒温度が同じである場合に、含浸処理を施したるつぼの方がるつぼの温度をより高くすることができる。そのため、放射性廃棄物を適切に溶融できる。また、含侵処理を施しているため、溶融処理中にるつぼが酸化して発熱特性が劣化してしまう可能性を低減できる。即ち、るつぼの耐久性を向上させることができる。さらに、るつぼを収容する外筒が金属製であるため、外筒がセラミック製である場合に比べて、外筒が物理的衝撃などにより破損する可能性が低減する。そのため、溶湯が外部に流出する事態の発生を抑制できる。 According to this configuration, since the crucible is impregnated, the electrical resistivity is reduced and the crucible is likely to generate heat. For this reason, compared with the crucible which does not perform an impregnation process, when the outer cylinder temperature is the same, the crucible which performed the impregnation process can make the temperature of a crucible higher. Therefore, radioactive waste can be appropriately melted. Moreover, since the impregnation process is performed, the possibility that the crucible is oxidized during the melting process and the heat generation characteristics are deteriorated can be reduced. That is, the durability of the crucible can be improved. Furthermore, since the outer cylinder that accommodates the crucible is made of metal, the possibility that the outer cylinder is damaged due to physical impact or the like is reduced as compared with the case where the outer cylinder is made of ceramic. Therefore, the occurrence of a situation where the molten metal flows out to the outside can be suppressed.
本明細書は、上記溶融容器を有する高周波溶融装置を開示する。その高周波溶融装置は、炉体と、誘導加熱コイルを有する。炉体は、溶融容器を収容する。誘導加熱コイルは、炉体の外側に配置され、炉体の内側に収容される溶融容器を誘導加熱する。この構成によると、誘導加熱コイルが溶融容器を適切に昇温し、溶融容器内部の放射性廃棄物を溶融することができる。 The present specification discloses a high-frequency melting apparatus having the melting container. The high frequency melting apparatus has a furnace body and an induction heating coil. The furnace body contains a melting vessel. The induction heating coil is disposed outside the furnace body and induction-heats the melting container accommodated inside the furnace body. According to this configuration, the induction heating coil can appropriately raise the temperature of the melting container, and the radioactive waste inside the melting container can be melted.
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。 Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in detail in the detailed description and examples.
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。 The main features of the embodiments described below are listed. The technical elements described below are independent technical elements and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Absent.
（特徴１） 本明細書が開示する溶融容器は、るつぼが含浸ピッチで含浸処理されていてもよい。この構成によると、るつぼの電気抵抗が小さくなりるつぼが発熱し易くなるため、溶融温度を高くすることができる。そのため、放射性廃棄物を適切に溶融することができる。また、含浸ピッチで含浸処理されることによりカーボンが空気と接触しにくくなるため、酸化防止効果があり、溶融処理中にるつぼが酸化して発熱特性が劣化する可能性を低減できる。即ち、るつぼの耐久性を向上させることができる。 (Characteristic 1) In the melting container disclosed in the present specification, the crucible may be impregnated with an impregnation pitch. According to this configuration, since the electric resistance of the crucible becomes small and the crucible easily generates heat, the melting temperature can be increased. Therefore, radioactive waste can be appropriately melted. In addition, since the impregnation treatment with the impregnation pitch makes it difficult for carbon to come into contact with air, there is an anti-oxidation effect, and the possibility that the crucible is oxidized during the melting treatment to deteriorate the heat generation characteristics can be reduced. That is, the durability of the crucible can be improved.
（特徴２） 本明細書が開示する溶融容器は、放射性廃棄物を溶融処理する際に、外筒の温度よりもるつぼの温度の方が高温になるように、るつぼと外筒の電気抵抗の比及びるつぼと外筒の厚みの比が調整されていてもよい。この構成によると、外筒の機能を維持しながら、外筒の耐熱温度よりも高い温度で放射性廃棄物を溶融処理できる。すなわち、外筒の温度を外筒の耐熱温度よりも低くしながら、るつぼの温度を外筒の耐熱温度よりも高くし、るつぼに装填される放射性廃棄物を溶融することができる。 (Characteristic 2) The melting container disclosed in the present specification has an electric resistance of the crucible and the outer cylinder so that the temperature of the crucible becomes higher than the temperature of the outer cylinder when the radioactive waste is melted. The ratio and the ratio between the thickness of the crucible and the outer cylinder may be adjusted. According to this configuration, radioactive waste can be melted at a temperature higher than the heat resistance temperature of the outer cylinder while maintaining the function of the outer cylinder. That is, while the temperature of the outer cylinder is lower than the heat resistance temperature of the outer cylinder, the temperature of the crucible is made higher than the heat resistance temperature of the outer cylinder, and the radioactive waste loaded in the crucible can be melted.
（特徴３） 本明細書が開示する溶融容器は、外筒が非磁性金属であってもよい。この構成によると、外筒が高周波加熱（後述）される場合に外筒の温度が上昇しにくくなるため、金属製である外筒の温度をその耐熱温度以下に保持しながら、るつぼを適切に加熱することができる。 (Characteristic 3) In the melting container disclosed in the present specification, the outer cylinder may be a nonmagnetic metal. According to this configuration, when the outer cylinder is heated at a high frequency (described later), the temperature of the outer cylinder is difficult to rise, so that the crucible is appropriately maintained while keeping the temperature of the outer cylinder made of metal below the heat resistant temperature. Can be heated.
実施例１に係る高周波溶融装置２を説明する。高周波溶融装置２は、可燃性及び不燃性の雑固体を溶融処理する。可燃性の雑固体は、予め焼却装置（不図示）で焼却処理を施し、灰に減容してから高周波溶融装置２によって溶融処理される。可燃性の雑固体とは、例えば紙・ウエス・ポリエチレンであり、一方、不燃性の雑固体とは、金属・コンクリート・ガラスであるが、溶融処理の対象は、上記に列挙した物質に限られない。図１に示すように、高周波溶融装置２は、炉本体１１と、炉本体１１の上端に取付けられた蓋体１５と、炉本体１１の下方に配置された昇降装置２０を有している。
The high-
炉本体１１は、炉体１２と、冷却ノズル１３と、炉体１２の外周面に沿って配置された誘導加熱コイル１４を備えている。炉体１２は、上端及び下端が開口した筒状に形成されており、その内部に収容空間１２ａが設けられている。収容空間１２ａには、後述する溶融容器１０が収容可能となっている。炉体１２の上端部には投入口１２ｂが設けられ、炉体１２の下端部には開口部１２ｃが設けられている。投入口１２ｂ及び開口部１２ｃは、収容空間１２ａと連通している。開口部１２ｃは、溶融容器１０が通過可能な大きさに形成されている。投入口１２ｂは、開口部１２ｃより小さく形成されており、溶融容器１０が通過不能な大きさに形成されている。冷却ノズル１３は、炉体１２の下部に、炉本体１１の外壁及び炉体１２を貫通するように配置されている。炉本体１１の外壁と炉体１２の間は空洞になっている。誘導加熱コイル１４は、その空洞内で、図示しない保持アームによって保持されている。誘導加熱コイル１４は、炉体１２を介して溶融容器１０の側面を覆うように配置されている。誘導加熱コイル１４は、図示しない高周波電源（５０〜３０００Ｈｚ）に接続されている。なお、溶融容器１０の内側のるつぼ４を高温にするためには、浸透深さを深くすることが好ましい。このため、誘導加熱コイル１４に接続される高周波電源は、１０００Ｈｚ以下とすることが好ましい。
The
蓋体１５は、炉本体１１の上端に取付けられている。蓋体１５が炉本体１１に取付けられると、炉体１２の上端の投入口１２ｂが閉じられる。蓋体１５には、投入機１６が設置されている。投入機１６は、炉体１２の投入口１２ｂ（すなわち、収容空間１２ａ）の上方に配置されている。投入機１６には、溶融処理の対象となる焼却灰や不燃性の雑固体（以下、放射性廃棄物とも称する）が仕分けして装填される。投入機１６は、収容空間１２ａに収容される溶融容器１０内に放射性廃棄物を投入する。また、蓋体１５には、排出ガス出口１８が設けられる。排出ガス出口１８は、炉体１２の収容空間１２ａに連通している。排出ガス出口１８は、溶融処理中に発生するガスを排出する。排出ガス出口１８には、図示しない排ガス処理設備が接続されている。排出ガス出口１８から排出される排ガスは、排ガス処理設備で無害化され、大気に排出される。
The
昇降装置２０は、平面台２０ａと、平面台２０ａを昇降する昇降機構（図示省略）を備えている。平面台２０ａ上に支台２４が載置され、支台２４上に溶融容器１０が載置される。平面台２０ａが昇降機構によって上端位置（図１の実線で示す位置）まで上昇すると、平面台２０ａの上面が炉体１２の下面と当接し、炉体１２の開口部１２ｃを閉じる。これによって、収容空間１２ａの下端が閉じられる。平面台２０ａが昇降機構によって下端位置（図１の二点鎖線で示す位置）まで下降すると、炉体１２の開口部１２ｃが開放され、収容空間１２ａの下端が開かれる。なお、平面台２０ａを昇降する昇降機構には、公知の種々の機構を用いることができ、例えば、パンタグラフ式昇降機構を用いることができる。
The lifting
図１，２に示すように、溶融容器１０は、るつぼ４と、るつぼ４を収容する外筒６と、るつぼ４と外筒６の隙間に充填された断熱材８を備えている。本実施例では、るつぼ４、外筒６、及び断熱材８をまとめて溶融容器１０とも称するが、溶融容器１０は、上記以外の部材を含んでいてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the melting
るつぼ４は、有底の容器であり、カーボンを含有する導電性のセラミックでできている。るつぼ４の電気抵抗率は、セラミックのカーボン含有率を調整し、含浸ピッチによる含浸処理（後述）を実施することで、１×１０−６〜３×１０−５［Ωｍ］の範囲に調整されている。そうすることで、るつぼ４内に生じる渦電流によってるつぼ４を好適に加熱することができる。すなわち、誘導加熱コイル１４に高周波電源を印加すると、るつぼ４内に渦電流が流れる。るつぼ４の電気抵抗率を１×１０−６［Ωｍ］以上３×１０−５［Ωｍ］以下とすることで、適切なジュール熱が生じ、るつぼ４を好適に加熱することができる。前述したように、るつぼ４には、含浸ピッチによる含浸処理が施されている。含浸ピッチによる含浸処理を施すことで、るつぼ４の電気抵抗率を低減できるだけでなく、るつぼ４に酸化防止効果が生じ、溶融処理中にるつぼ４が酸化して発熱特性が劣化することを防止できる。ピッチ含浸を施す利点については、後で詳述する。含侵ピッチには、公知の種々のピッチを用いることができ、例えば、タール、ピッチなどの石油・石炭分留物などを用いることができる。なお、含浸処理の種類は、ピッチ含浸に限られず、例えばフェノール樹脂を用いた含浸処理であってもよい。また、るつぼ４の内外面には、ろう石−酸化鉄−ガラス系の酸化防止用釉薬を施工することも好ましい。
The crucible 4 is a bottomed container and is made of a conductive ceramic containing carbon. The electrical resistivity of the crucible 4 is adjusted to a range of 1 × 10 −6 to 3 × 10 −5 [Ωm] by adjusting the carbon content of the ceramic and performing an impregnation treatment (described later) with an impregnation pitch. ing. By doing so, the crucible 4 can be suitably heated by the eddy current generated in the crucible 4. That is, when a high frequency power source is applied to the
外筒６は、有底の金属製の容器である。外筒６は、電気抵抗率が１×１０−７［Ωｍ］以上の金属によって形成されている。電気抵抗率が１×１０−７［Ωｍ］以上の金属により外筒６を形成することで、誘導加熱コイル１４により生じる渦電流によって外筒６が高温になり過ぎることを好適に抑制することができる。また、外筒６は、非磁性金属により形成することが好ましい。外筒６を非磁性金属により形成することで、外筒６に生じる渦電流損を小さくでき、外筒６の発熱を抑えることができる。外筒６を形成する金属としては、例えば、非磁性金属であるオーステナイト系ステンレス（電気抵抗率７．２×１０−７［Ωｍ］）、高ニッケルステンレスＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓ、インコネル、ハステロイ等を用いることができる。
The
断熱材８は、公知の断熱材を用いることができ、例えば、ファインフレックスやセラミックファイバーや絶乾砂（けい砂）を用いることができる。断熱材８は、るつぼ４からの輻射熱の影響を外筒６が受けることを回避するために用いられる。なお、断熱材８が充填される隙間（るつぼ４と外筒６の間のクリアランス）は、１０〜５０ｍｍ程度とすることができる。るつぼ４の容積を大きくする観点からは、両者のクリアランスが小さいほど好ましい。一方、るつぼ４と外筒６の間に断熱材８を充填する作業の施行性の観点からは、両者のクリアランスが大きいほど好ましい。このため、るつぼ４と外筒６の間のクリアランスは、例えば、２０ｍｍとすることが好ましい。
As the
ここで、るつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比及びるつぼ４と外筒６の厚みの比（即ち、ｔ１／ｔ２）は、溶融加熱処理時に外筒６の表面温度に対してるつぼ４の表面温度が高くなるように調整されている。すなわち、誘導加熱コイル１４をオンしたときに、るつぼ４の温度上昇が、外筒６の温度上昇よりも大きくなるように調整されている。これにより、外筒６の温度を低く抑えながら、るつぼ４の温度を充分に高くすることができる。すなわち、るつぼ４の温度を溶融処理物を溶融できる程度に高温にしながら、外筒６をその耐熱温度（外筒６を形成する金属材料によって決まる耐熱温度）以下に抑えることができる。なお、るつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比（外筒６の電気抵抗率／るつぼ４の電気抵抗率）は０．１以上とすることが好ましい。また、るつぼ４と外筒６の厚みの比（即ち、ｔ１／ｔ２）は３．０以上とすることが好ましい。このような比に調整することで、るつぼ４の表面温度を外筒６の表面温度より充分に高くすることができる。
Here, the ratio of the electrical resistivity of the crucible 4 and the
次に、上述した高周波溶融装置２により溶融処理の対象となる処理物を溶融処理する例を説明する。まず、昇降装置２０を駆動して平面台２０ａを下端位置（図１の二点鎖線に示す位置）に位置決めする。次いで、平面台２０ａ上に支台２４を載置し、その支台２４上に溶融容器１０を載置する。次に、昇降装置２０を、平面台２０ａが炉体１２の下面に当接するまで上昇させる。これによって、支台２４上に配置された溶融容器１０は、炉体１２の収容空間１２ａに収容される。この際、炉体１２の投入口１２ｂが蓋体１５で閉じられ、炉体１２の開口部１２ｃが平面台２０ａで閉じられる。これによって、密閉された収容空間１２ａ内に溶融容器１０が位置することとなる。
Next, an example will be described in which a processed object to be melted is melted by the high-
収容空間１２ａ内に溶融容器１０が位置決めされると、次いで、投入機１６を駆動して溶融容器１０内に放射性廃棄物を投入する。溶融容器１０内への放射性廃棄物の投入が終了すると、誘導加熱コイル１４に高周波電源が印加される。これによって、誘導加熱コイル１４に交流電流が流れ、るつぼ４及び外筒６に渦電流が発生し、これらの容器が発熱する。ここで、るつぼ４の温度上昇が促進される一方で、外筒６の温度上昇が抑制される（後述）ため、外筒６の温度が過度に上昇することを抑制しながら、るつぼ４の温度を放射性廃棄物を溶融可能な温度（例えば、１３００℃）とすることができる。るつぼ４の温度が上昇すると、るつぼ４の内部に装填された放射性廃棄物が溶融する。この際、溶融容器１０の外筒６には、冷却ノズル１３から冷却ガスが供給されて、外筒６が冷却される。そのため、外筒６の温度を、るつぼ４の温度に比べてより低くすることができる。冷却ノズル１３は、少なくとも２箇所以上に設置されることが好ましい。そうすることで、外筒６を均一に冷却することができる。溶融処理中に発生するガスは、排出ガス出口１８から排出され、排ガス処理設備（不図示）において処理される。１回の溶融処理に要する時間は、例えば４〜５時間である。溶融処理が終了すると、溶融容器１０は高周波溶融装置２から搬出される。その手順は、溶融容器１０を炉体１２の内部に収容させる前述の手順と逆の手順である。即ち、昇降装置２０を降下させて、溶融容器１０を支台２４ごと昇降装置２０の平面台２０ａ上から降ろす。次に、溶融処理を終了した溶融容器１０は、冷却室２２に移動され、その内部の溶湯が冷却固化される。溶湯を冷却固化した溶融容器１０は、所定の貯蔵施設に廃棄される。
When the melting
次に、上記の高周波溶融装置２を用いて実際に放射性廃棄物を溶融固化した実験について説明する。るつぼ４は、カーボンを含有する導電性のセラミックで形成し、含浸ピッチによる含浸処理を施した。るつぼ４の電気抵抗率は５．０×１０−６［Ωｍ］であった。るつぼ４の外径ＯＤ１は５１０［ｍｍ］、高さＨ１は７７５［ｍｍ］、厚みｔ１は３０［ｍｍ］であった（図２参照）。一方、外筒６は、非磁性金属であるオーステナイト系ステンレスで形成し、その電気抵抗率は７．２×１０−７［Ωｍ］であった。外筒６の外径ＯＤ２は５６０［ｍｍ］、高さＨ２は８００［ｍｍ］、厚みｔ２は５［ｍｍ］であった。るつぼ４と外筒６の間隙には、断熱材としてファインフレックスを充填した。るつぼ４と外筒６の間隙ｔ３は２０［ｍｍ］とした。なお、実験では、溶融容器１０の各部の温度（すなわち、るつぼ４及び外筒６の温度）を計測するため、図２に示すように、るつぼ４の内表面及び外筒６の外表面のそれぞれ３箇所に熱電対２６を設置した。次いで、高周波電源を６００［Ｈｚ］に設定して誘導加熱コイル１４に交流電流を流した。これによって、外筒６の外表面温度が１０５０［℃］、るつぼ４の内表面温度が１２５０［℃］となり、外筒６の温度よりもるつぼ４の温度の方が高温になった。上記の溶融容器１０を用いて焼却灰の溶融処理を実施したところ、焼却灰は適切に溶融され、冷却室２２において良好な溶融固化体が作成された。るつぼ４及び外筒６は溶融処理中に破損することはなかった。
Next, an experiment in which radioactive waste is actually melted and solidified using the high-
次に、るつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比及びるつぼ４と外筒６の厚みの比（即ち、ｔ１／ｔ２）を調整（すなわち、るつぼ４及び外筒６の材質及び厚みを調整）して容器の表面温度を調べる実験を行った。その結果を表１〜３に示す。
Next, the ratio of the electrical resistivity of the crucible 4 and the
表１に示す実験（以下、実験１と称する）では、外筒６にＳＵＳ３０４製の容器を用い、るつぼ４にカーボンを９０％含有するセラミック製の容器を用いた。なお、るつぼ４には含浸ピッチによる含浸処理を施している。表２に示す実験（以下、実験２と称する）では、実験１の比較例として、外筒６に実験１と同じ材質の容器を用い、るつぼ４にカーボンを４０％含有するセラミック製の容器を用いた。実験２のるつぼ４にもピッチ含浸処理を施している。表３に示す実験（以下、実験３と称する）では、実験１の比較例として、外筒６に実験１と同じ材質の容器を用い、るつぼ４には実験２と同じ割合でカーボンを含有するセラミック容器を用いた。但し、実験３のるつぼ４にはピッチ含浸処理は施していない。実験１〜３の外筒６の電気抵抗率ρ２は７．２０×１０−７［Ωｍ］であり、他方、実験１におけるるつぼ４の電気抵抗率ρ１は５．８０×１０−６［Ωｍ］、実験２におけるるつぼ４の電気抵抗率ρ１は２．００×１０−５［Ωｍ］、実験３におけるるつぼ４の電気抵抗率ρ１は５．５０×１０−５［Ωｍ］であった。即ち、実験１ではるつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比はρ２／ρ１＝０．１２４であり、実験２ではるつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比はρ２／ρ１＝３．６×１０−２であり、実験３ではるつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比はρ２／ρ１＝１．３１×１０−２であった。また、各実験では外筒６の厚み（図２のｔ２）を５［ｍｍ］、るつぼ４の厚み（図２のｔ１）を４０［ｍｍ］に設定した。即ち、るつぼ４と外筒６の厚みの比をｔ１／ｔ２＝８に設定した。高周波電源の周波数は各実験ともに６５０［Ｈｚ］に設定した。その結果、実験１ではるつぼ４の温度は外筒６の温度より２００［℃］高くなり、実験２ではるつぼ４の温度は外筒６の温度より５０［℃］高くなり、実験３ではるつぼ４の温度は外筒６の温度より１００［℃］低くなった。即ち、同じ材質の外筒６及び同じカーボン含有率のるつぼ４を用いて、同じ周波数で誘導加熱をする場合に、ピッチ含浸処理されたるつぼ（実験２）の方が、ピッチ含浸処理されていないるつぼ（実験３）よりも高温になることが確認された。さらに、いずれもるつぼ４にピッチ含浸処理が施された実験１と実験２を比較すると、同じ条件で誘導加熱する場合に、カーボンの含有率が高い方がより高温になることが確認された。また、実験１において、溶融処理中にるつぼ４の容器が割れることはなかった。
In the experiment shown in Table 1 (hereinafter referred to as Experiment 1), a container made of SUS304 was used for the
上記の実験１では電気抵抗率の比がρ２／ρ１＝０．１２４、厚みの比がｔ１／ｔ２＝８であったが、研究の結果、電気抵抗率の比が、ρ２／ρ１≧０．１であり、及び／又は、厚みの比がｔ１／ｔ２≧３であれば、内側の容器であるるつぼ４を、外側の容器である外筒６よりも１００［℃］以上高温にできることが分かった。
In Experiment 1, the electrical resistivity ratio was ρ2 / ρ1 = 0.124, and the thickness ratio was t1 / t2 = 8. However, as a result of research, the electrical resistivity ratio was ρ2 / ρ1 ≧ 0. 1 and / or if the thickness ratio is t1 / t2 ≧ 3, it is understood that the crucible 4 as the inner container can be heated to 100 [° C.] or more higher than the
実施例１に係る高周波溶融装置２の利点を説明する。高周波溶融装置２に設置される溶融容器１０は、るつぼ４と外筒６の二層構造であり、その間には断熱材８が充填されている。従来の高周波溶融装置においても、るつぼと外筒の二層構造を有し、その間に断熱材が充填された溶融容器を用いる技術は開示されている。しかしながら、従来の溶融容器のるつぼ及び外筒はセラミック製であるため、搬送時の物理的衝撃などでクラックが入り、長時間の溶融処理に耐えられず、処理中などに割れてしまう可能性があった。二層構造を採用することで溶湯の流出防止を図っているものの、万全ではなかった。一方、実施例１に係る溶融容器１０は、外筒６にオーステナイト系のステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を用いる。外筒６をこのような金属製の容器にすることで、取扱いが容易になるとともに、搬送時の物理的衝撃などで外筒６が破損する可能性を低減できる。これにより、万一るつぼ４が損傷しても、溶湯が外部に流出する事態の発生を抑制できる。また、るつぼにはカーボンを含有するセラミック製の容器を用いる。これは、カーボンを含有することで容器に導電性を付与するとともに、容器の電気抵抗が下がり、容器をより高温に誘導加熱できるからである。しかしながらその一方で、カーボンを含有することにより容器に微細な孔が多数形成され、電気抵抗が十分小さくできない問題があった。本実施例に係るるつぼ４は、カーボンを含有するセラミック製の容器に、含浸ピッチで含浸処理を施す。そうすることで、容器の微細孔に含浸ピッチが浸透して容器を緻密化するため、電気抵抗を一層下げることができるとともに、容器の強度が向上する。また、含浸ピッチが酸化防止の機能を有するため、溶融処理中に酸化・劣化して発熱特性を損ねる可能性を低減できる。このように、外筒６及びるつぼ４の強度をそれぞれ向上させることにより、溶湯が外筒６の外部に流出する可能性をより低減できる。
Advantages of the high
また、従来は放射性廃棄物を溶融及び冷却固化処理した後、るつぼごとドラムに収容して貯蔵室に廃棄処分していた。しかしながら、本実施例に係る溶融容器１０は、その外筒６が金属製の容器であるため、溶融容器１０を冷却室２２で冷却固化した後で、外筒６を最終処分容器としてそのまま貯蔵室に廃棄することができる。即ち、溶融容器１０をドラムに装填する必要がなくなる。そのため、廃棄処理における作業効率を向上させるとともに、ドラムに付随するコストを削減できる。
Conventionally, after radioactive waste has been melted and cooled and solidified, the crucible is housed in a drum and disposed of in a storage room. However, since the
ここで、高周波溶融装置に設置される誘導加熱コイルは、溶融容器を収容する炉体の外周に配置されるため、一般に、内側の容器よりも外側の容器の方が誘導加熱により発熱しやすい。従って、外筒６を金属製の容器にすると、一般に金属の融点はセラミックの融点よりも低いため、外筒６をその融点未満の温度に維持しつつ、るつぼ４の温度を放射性廃棄物の溶融処理に適した温度まで昇温することが困難であった。しかしながら、本実施例に係る溶融容器１０は、るつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比、及び、るつぼ４と外筒６の厚みの比を調整することで、外筒６の温度よりもるつぼ４の温度の方を高温とする。前述したように、例えば、るつぼ４と外筒６の電気抵抗率の比をρ２／ρ１≧０．１、及び、厚みの比をｔ１／ｔ２≧３となるように調整することで、るつぼ４は外筒６より１００［℃］以上高温にすることができる。したがって、金属製の容器である外筒６の使用可能温度が１２００［℃］である場合、るつぼ４の温度を１３００［℃］とすることができる。その結果、るつぼ４を放射性廃棄物を適切に溶融できる温度である１３００［℃］まで加熱することができ、放射性廃棄物を適切に溶融できる。
Here, since the induction heating coil installed in the high-frequency melting apparatus is disposed on the outer periphery of the furnace body that accommodates the melting container, generally, the outer container is more likely to generate heat by induction heating than the inner container. Therefore, when the
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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
２：高周波溶融装置
４：るつぼ
６：外筒
８：断熱材
１０：溶融容器
１２：炉体
１４：誘導加熱コイル
１６：投入機
１８：排出ガス出口
２０：昇降装置
２０ａ：平面台
２２：冷却室
２４：支台
2: High-frequency melting device 4: Crucible 6: Outer cylinder 8: Heat insulating material 10: Melting vessel 12: Furnace body 14: Induction heating coil 16: Input device 18: Exhaust gas outlet 20: Lifting
Claims (3)
放射性廃棄物が装填されるるつぼと、
るつぼを収容する外筒と、
るつぼと外筒の間に充填されている断熱材と、を有しており、
るつぼは、カーボンを含有するセラミック製であると共に微細孔を有しており、当該微細孔には含浸ピッチが充填されている容器であり、
外筒は金属製容器であり、
るつぼの電気抵抗率に対する外筒の電気抵抗率の比は０．１以上であり、
外筒の厚みに対するるつぼの厚みの比は３．０以上であり、
装填される放射性廃棄物が、当該放射性廃棄物の溶融温度以上であるときは、
るつぼの温度は外筒の温度よりも高温であると共に、外筒の温度は外筒を構成する金属の融点未満であることを特徴とする溶融容器。 It is a melting container that is installed in a high-frequency melting device and heats and melts the radioactive waste to be charged by induction heating.
A crucible loaded with radioactive waste;
An outer cylinder that houses the crucible;
And a heat insulating material filled between the crucible and the outer cylinder,
The crucible is made of ceramic containing carbon and has fine holes, and the fine holes are filled with impregnation pitch ,
The outer cylinder is a metal container,
The ratio of the electrical resistivity of the outer cylinder to the electrical resistivity of the crucible is 0.1 or more,
The ratio of the thickness of the crucible to the thickness of the outer cylinder is 3.0 or more,
When the radioactive waste to be loaded is above the melting temperature of the radioactive waste,
A melting container, wherein the temperature of the crucible is higher than the temperature of the outer cylinder, and the temperature of the outer cylinder is lower than the melting point of the metal constituting the outer cylinder.
溶融容器を収容する炉体と
炉体の外側に配置され、炉体の内側に収容される溶融容器を誘導加熱する誘導加熱コイルと、を有する高周波溶融装置。 The melting container according to claim 1 or 2 ,
A high-frequency melting apparatus comprising: a furnace body that houses a melting container; and an induction heating coil that is disposed outside the furnace body and induction-heats the melting container housed inside the furnace body.
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