DE3040755A1

DE3040755A1 - Schmelzofen fuer radioaktiven abfall

Info

Publication number: DE3040755A1
Application number: DE19803040755
Authority: DE
Inventors: Toshio Adachi; Susumu Kasugai Aichi Hiratake; Nozomu Nagoya Aichi Kumata; Makoto Okazaki Aichi Osaki
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2063438B; FR2468980A1; FR2468980B1; DE3040755C2; CA1142353A; GB2063438A

Description

Schmelzofen für radioaktiven Abfall

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen für radioaktiven Abfall, wie er bei radioaktive Materialien gebrauchenden oder verarbeitenden Anlagen, wie Kernkraftwerken, anfällt. Der Zweck des Schmelzens ist es, das Volumen zu vermindern.

Radioaktive Abfälle emittieren radioaktive Strahlung und sind daher gefährlich. Zusätzlich ist es schwierig, komplizierte Arbeitsvorgänge durchzuführen. Man hat daher radioaktive Abfälle beim Schmelzen unterschiedslos in den jeweiligen Schmelzofen eingegeben, ohne sie vorher in schwere Abfälle und leichte Abfälle zu trennen. Dabei verklemmen oder verhaken sich jedoch die Abfälle beim Eingeben in den Ofen teilweise,oder sie fallen die Kante im Ofen herunter, so daß kein gutes Schmelzen erzielt wird. Bei der Eingabe von schweren Abfällen erfährt ferner der Ofenkörper bzw. das Ofengehäuse einen starken Stoß, so daß die Gefahr von Beschädigungen besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzofen für radioaktiven Abfall zur Verminderung des Volumens desselben zu schaffen, bei welchem selbst gefährlicher und schwer zu handhabender Abfall einfach eingegeben werden kann, auch massiver Abfall oder dünner Abfall oder anorganischer Abfall wirksam erwärmt und schnell geschmolzen werden kann, selbst Gemische davon eingegeben werden können und auch schwerer Abfall ohne Beschädigung des Ofenkörpers bzw. Ofengehäuses eingegeben werden kann, so daß dessen Lebensdauer verlängert ist, und bei welchem vermieden ist, daß innerhalb kürzerer Zeiten feuerfestes und wärmeisolierendes Material ersetzt werden muß sowie dadurch sekundärer Abfall entsteht, nämlich die

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Reste der feuerfesten und wärmeisolierenden Materialien.

Diese Aufgabe ist durch, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 "bzw. 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schmelzofens sind in den Ansprüchen 2 Ms 7 "bzw. 9 Ms 12 gekennzeichnet.

Der beim erfindungsgemäßen Schmelzofen vorgesehene Führungszylinder bev.irkt, daß der jeweils eingegebene radioaktive Abfall an eine vorgegebene Stelle im Schmelzofen gelangt, wo er geschmolzen wird. Die radioaktiven Abfälle brauchen nur - in den Führungszylinder eingegeben zu werden, um die Stelle im Schmelzofen zu erreichen.

Kit dem erfindungsgemäßen Schmelzofen kann Wärme wirksam auf massive Abfälle in Form von großen Klumpen oder auf dünne Abfälle, wie beispielsweise Drähte, in Form von kleinen Klumpen, oder sogar auf anorganische Abfälle mit hohem Schmelzpunkt ähnlich demjenigen von wärmeisolierenden Materialien übertragen werden, uns es können diese Abfälle schnell qeschmolzen werden. Die Abfälle berühren stets das flüssige Schmelzbad hoher Temperatur, und zwar unabhängig davon, ob sie groß oder klein sind. Darüber hinaus berühren die Abfälle das Schmelzbad nicht nur mit einer äußeren Oberfläche, sondern wird das flüssige Schmelzbad entlang den Vertiefungen und Innenseiten der Abfälle herum-bewegt, so daß jeder Teil der Abfälle mit dem Schmelzbad in Berührung steht und die Abfäl-Ie das hocherhitzte Schmelzbad über eine große Berührungsfläche berühren. Deswegen wird Wärme stets wirksam auf die Abfälle unabhängig von deren Gestalt übertragen und erfolgt das Schmelzen schnell.

Der Einsatz eines Schmelzofens mit einem Führungszylinder zur Zufuhr des jeweils zu schmelzenden Gutes in den Schmelz-

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ofen sum Schmelzen von radioaktivem Abfall ermöglicht es, unregelmäßige, schwere und leichte radioaktive Abfälle, wie Draht, Stangen und Form- oder Gesenkstahl, unterschiedslos in den Führungszylinder einzugeben. Selbst wenn schwerer Abfall manchmal durch den Führungszylinder hindurch kräftig in den Schmelzofen fällt, sind Beschädigungen des Ofenkörpers bzw. Ofengehäuses aufgrund des durch den schweren Pail hervorgerufenen starken Stoßes vermieden und ist somit die Lebensdauer des Ofenkörpers bzw. Ofengehäuses verlängert.

Weiterhin ist beim erfindungsgemäßen Schmelzofen vermieden, daß feuerfeste und wärme isolierende Materialien innerhalb kürzerer Zeit verbraucht v/erden und ersetzt werden müssen sowie aufgrund dessen sekundärer Abfall anfällt, nämlich die ausgetauschten Reste der besagten Materialien.

Nachstehend sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schmelzofens für radioaktiven Abfall anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Figur 1 und 2 jeweils schematisch und perspektivisch ein Volumenverminderungssystem;

Figur 3 einen Längsschnitt des Schmelzofens und der Zerstäubungsvorrichtung gemäß Figur 2;

Figur 4- den Querschnitt entlang der Linie IV - IT in Figur 3;

Figur 5 "und 6 jeweils schematisch einen Längsschnitt durch eine statt der erwähnten Zerstäubungsvorrichtung verwendbare erste bzw. zweite Schmelzenerstarrungsvorrichtung .

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Gemäß Figur 1 und 2, welche ein System zur Verminderung des Volumens von radioaktiven Abfällen veranschaulichen, werden die Abfälle, wie Filter, Rohre, Stahlstücke und andere radioaktive Materialien, in Behältern 1, beispielsweise Blechfässern mit einem Fassungsvermögen von 200 1, durch einen Einlaß 2 hindurch mittels einer Iransportvorrichtung 3? beispielsweise ein Valzenförderer, in einen Verarbeitungsraum gebracht. Darin werden zunächst die Deckel 1a der Behälter 1 mittels einer Abnahmevorrichtung 4 entfernt, welche einen längenveränderlichen Arm 5 mit einer Anzugsvorrichtung 6 am freien Ende aufweist, die den jeweiligen Deckel 1a anzieht und entfernt.

Jeder vom Deckel 1a befreite Behälter 1 wird dann durch die !Iransportvorrichtung 3 zu einer Seit schwenkvorrichtung 7 g©~ bracht, welche einen Drehtisch 8, zwei Ständer 9 und einen Behälterhalter 10 aufweist, der an den Ständern 9 drehbar gelagert und zusammen mit dem jeweils gehaltenen Behälter 1 in Richtung des Pfeiles 11a gemäß Figur 1 verschwenkbar ist, so daß die Abfälle I3 im Behälter Λ auf ein Bett 14 entleert werden. Danach wird der Behälterhalter 10 in Richtung des Pfeiles 11b gemäß Figur 1 zurückgeschwenkt und dann der Drehtisch 8 um einen Winkel von 90° in Richtung des Pfeiles 12a in Figur 1 gedreht. Der geleerte Behälter 1 gelangt dann auf eine !transportvorrichtung I5, beispielsweise ebenfalls ein Walzenförderer, und wird durch einen Auslaß 16 hindurch wegtransportiert .

Auf das Bett 14 etwa entleerte große Abfälle 13a werden mittels eines angetriebenen Manipulators I7 einer Schneidvorrichtung 18 zugeführt, um zerkleinert zu werden, und zwar JO derart, daß das Einfüllen in Schmelzbehälter 32 möglich ist.

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Der Manipulator 17 ist in einer waagerechten Ebene "beweglich. Dazu sind zwei zueinander parallele (Schienen 19 und ein darauf in Richtung des Pfeiles 21 in Figur -1 verfahr/barer Rahmen 20 vorgesehen, gegenüber welchem der Manipulator 17 in Richtung des Pfeiles 22 in Figur 1 verfahrbar ist. Der Manipulator 17 weist ein Gehäuse 23, eine senkrecht und bezüglich des Gehäuses 23 auf- und abbewegliche Stange 2A-, mehrere Verbindungsglieder 25 am unteren Ende der Stange 24- und einen Greifer 26 am freien Ende der Verbindungsglieder 25 auf. Der Greifer 26 kann ein großes Abfallstück 13a erfassen, um es an irgendeine Stelle im dreidimensionalen Raum, zu befördern.

Die Schneidvorrichtung 18 weist eine Haltevorrichtung 27 und einen Plasmaschneider 28 auf, welcher in Richtung des in Figur 1 eingezeichneten Pfeiles beweglich ist. Die Haltevorrichtung 27 verspannt das vom Manipulator 17 jeweils zugeführte große Abfallstück 13a, welches durch den Plasmaschneider 28 in kleine Stücke zerschnitten wird. Letztere werden durch den Manipulator I7 wieder auf das Bett 14- zurückbefördert. Mittels des Plasmaschneiders 28 werden auch geschlossene Abfallstücke aufgebohrt, welche sonst bei Erhitzung unter Umständen explodieren könnten. Der Plasmaschneider 28 der Schneidvorrichtung 18 kann durch jeden anderen geeigneten Schneidmechanismus ersetzt werden.

Der auf dem Bett 14- befindliche radioaktive Abfall 13, einschließlich etwaiger, mittels der Schneidvorrichtung 18 zerkleinerter bzw. aufgebohrter Abfallstücke, wird über eine Füllrutsche 31 am Ende des Bettes 14- mittels des Manipulators 17 in einen Schmelzbehälter 32 eingefüllt. Der zylindrische Schmelzbehälter 32 weist beispielsweise einen Außendurchmesser von 390 mm, einen Innendurchmesser von 381 mm, eine Außenhöhe von 5I6 mm,^: eine' Innenhöhe von 487 Η™ "^ά ein Fassungsvermögen von 50 Γ auf und ist aus'vorzugsweise

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durchbrochenen Metallplatten, insbesondere Eisenplatten, oder einem Metall- bzw. Eisennetzwerk hergestellt. Seine Größe wird entsprechend dem folgenden Schmelzofen gewählt. Der Schmelzbehälter 32 wird durch eine Transportvorrichtung 33» beispielsweise ebenfalls ein Valzenförderer, unter die iHillrutsche 31 gebracht.

Gemäß Figur 2 befördert die Transportvorrichtung 33 jeden radioaktivem Abfall befüllten Schmelzbehälter 32 auf einen Walzenabschnitt 33' an einem Vagen 35 i welcher auf Schienen 36 hin- und herbeweglich ist, um den jeweiligen Schmelzbehälter 32 in eine Eingabevorrichtung 38 hineinzubringen. Letztere v/eist ein zylindrisches Gehäuse 39 mit einer Tür 40 an dem der Transportvorrichtung 33 benachbarten Ende auf. Wenn die Tür 40 geöffnet ist, dann bewegt sich der Wagen 35 vorwärts an das benachbarte Ende des zylindrischen Gehäuses 39, um den jeweiligen Schmelzbehälter 32 auf eine Transportvorrichtung 41, beispielsweise ebenfalls ein Walzenförderer, in dem Gehäuse zu geben. Danach wird der Wagen 35 zurückgezogen und die Tür 40 geschlossen. Der Schmelzbehälter 32 wird durch die Transportvorrichtung 41 zu einem Halter ahmen 42 mitgenommen, über welchem eine senkrecht bewegliche Absenkvorrichtung 43 vorgesehen ist. Letztere weist eine senkrecht bewegliche Stange mit einem Greifer 45 am unteren Ende auf. Wenn der Schmelzbehälter 32 vom Greifer 45 ergriffen ist, dann wird der Halterahmen 42 zurückgezogen und eine Schiebetür 45 geöffnet. Danach wird die Stange 44 abgesenkt, um den Schmelzbehälter 32 mit dem darin enthaltenen Abfall in einen Schmelzofen 50 einzugeben.

Im Schmelzofen 50 wird der eingegebene Schmelzbehälter 32 mittels einer im Ofengehäuse 5I angeordneten Heizvorrichtung 52 zum Schmelzen gebracht, so daß sich ein Schmelzbad 53 ergibt. Diese Schmelze wird über eine Auslaßbohrung 54

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im Ofengehäuse 5I mittels einer Ikitnahmevorrichtung 55 abgezogen und einer Zerstäubungsvorrichtung 57 zugeführt, um in Wasser, welches im Gehäuse 58 d.er Zerstäubungsvorrichtung ^f] vorhanden ist, fallengelassen und in Partikel 60 umgewandelt zu werden, welche sich am Boden des Gehäuses 58 ansammeln.

Wenn ein Bodendeckel 59 desselben geöffnet wird, dann, gelangen die Partikel 60 zusammen mit Wasser in einen Kübel 61. Da dessen Boden 62 von einem Metzwerk oder einer porösen Platte gebildet ist, läuft das Wasser aus dem Eübel 61 ab.

Wie gleichfalls aus Figur 2 hervorgeht, wird der Kübel 61 dann mittels eines auf Schienen 63 verfahrbaren Wagens 64-zur nächsten Station befördert, wobei die Partikel 60 im Kübel 61 während dieser seiner Bewegung mittels eines Irockners 65 getrocknet werden. Beim Öffnen einer !Füllvorrichtung 66 am unteren Ende des Kübels 61 gelangen die trockenen Partikel in einen Lagerbehälter 67, der anschließend mittels einer Iransportvorrichtung 68, wie beispielsweise gleichfalls eines Walzenförderers, zur Lagerung wegbefördert wird. Als Lagerbehälter 67 kann beispielsweise ein Blechfaß mit einem Fassungsvermögen von 200 1 verwendet werden.

Der Schmelzofen 50 und die Zerstäubungsvorrichtung 57 gehen besonders deutlich aus Figur 3 und 4- hervor. Das Ofengehäuse 51 weist ein vertieftes oder topfförmiges, wassergekühltes Herdgefäß 71 und. einen darauf aufgesetzten, oberen Rahmen 72 auf. Das Herdgefäß 7I ist auf der inneren Oberfläche mit einem Innenfutter beschichtet, welches aus einer Schicht 73 sowie einer Schicht 74- aus wärmeisolierenden Materialien besteht. Das wärmeisolierende Material der Schicht 73 enthält graphitisches Oxyd, welches sich aus 10 bis 30 % Graphit und Tonerde oder Magnesia als Rest zusammensetzt und auch als Kohlenstein bekannt ist. Dieses Material ist deswegen verwen-

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det', um zwischen dem Herdgefäß 71 und dem Schmelzbad 53 eine Erregung zu ermöglichen, weil die Heizvorrichtung 52 als Plasmabrenner ausgebildet ist. Die Schicht 74· kann aus bekannten feuerfesten Materialien hergestellt werden.

Auf der Innenseite des Innenfutters 73, 74- ist eine Pufferschicht 75 angeordnet, um Beschädigungen des Innenfutters 73» 74- infolge direkter Berührung zwischen Schmelzbad 53 und Innenfutter 73, 74- zu verhindern. Die Pufferschicht 75 weist eine Schotterschicht ^^>ά und eine darauf angeordnete Festschicht 75^> auf. Die Schotterschicht 75a ist von einer Vielzahl massiver Pufferstücke gebildet, welche mit zufälliger Verteilung angeordnet sind, so daß zwischen ihnen Spiel besteht und sie gegenseitig beweglich sind. Beispielsweise kann die Schotterschicht 75a aus kieseistein- und pflastersteingroßem Eisenschrott hergestellt werden. Die obere Oberfläche der Pestschicht 75t> ist mit einer Vertiefung 76 ausgebildet, welche ein Reservoir für das Schmelzbad 53 bildet. Die Pestschicht 75"b ergibt sich aus einer erstarrten Mischung von geschmolzenem PufferStückmaterial und Schmelze aus dem Schmelzbad 53.

Vom mittleren Bereich einer oberen Platte 72a des oberen Rahmens 72 hängt ein wassergekühlter Führungszylinder 80 herab, dessen oberes Ende über ein Verbindungsrohr 81 mit dem Innern des Gehäuses 39 der Eingabevorrichtung 38 kommuniziert. Um das Verbindungsrohr 81 herum sind in der oberen Platte 72a des oberen Rahmens 72 drei oder vier Absenkvorrichtungen 82 gleichmäßig verteilt, welche jeweils eine senkrecht bewegliche Stange 83 aufweisen. Der Plasmabrenner 52 ist an den unteren Enden der Stangen 83 angebracht.

Im dargestellten Fall ist ein ringförmiger Plasmabrenner 52 als Heizvorrichtung verwendet. Der ringförmige Plasmabrenner

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52 ist koaxial zur mittleren Längsachse des MihrungsZylinders 80 angeordnet und weist eine ringförmige Bogenentladungsöffnung 8'Ί- auf, welche so gerichtet ist, daß der Plasmabogen mit einer Temperatur höher als 10.000° K in den Bereich zwischen der oberen Oberfläche des Schmelzbades 53 und dem daraus jeweils nach oben ragenden Schmelzbehälter 32 entladen wird. Die Stangen 83 sind jeweils mit einem Innenkanal zur Zufuhr elektrischer Energie und von Gas zum Plasmabrenner 52 hin versehen, dessen eines Ende mit dem Plasmabrenner 52 und dessen anderes Ende mit einer Gleichstromquelle 85 und einer Gasquelle 86 verbunden sind. Der obere Eahmen 72 ist am Außenumfang von einer Spule 87 umschlossen, um die ringförmige Entladungsöffnung 84 mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, so daß der Plasmabogen entlang der Entladungsöffnung 84 rotiert, wobei das Magnetfeld so ist, daß der Plasmabogen von der gesamten Zone der Entladungsöffnung 84- des Plasmabrenners 52 abgegeben wird. Statt eines ringförmigen Plasmabrenners kann für die Heizvorrichtung 52 auch eine Gruppe von sternförmig angeordneten, normalen Plasmabrennern, ähnlich dem noch zu schildernden Plasmabrenner 100, oder ein Gas- oder Ölbrenner verwendet werden. Dann ist die erwähnte Spule 87 nicht erforderlich.

Der obere Rahmen 72 ist mit einem Gasauslaß 88 versehen, durch welchen hindurch unnötige Gase im Ofengehäuse 5I über eine Rohrleitung 89 abgehen, um nach Passieren eines Wärmetauschers 90, eines Filters 91 zur Entfernung von durch die radioaktiven Materialien verunreinigtem Staub, eines Gebläses 92 und eines Schornsteins 93 in die freie Atmosphäre zu gelangen.

Im Ofengehäuse 5I ist neben der Vertiefung 76 zur Aufnahme des Schmelzbades 53 die Auslaßbohrung 54- vorgesehen, welche sich durch das wassergekühlte Herdgefäß 7I und dessen Schicht

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73 aus wärmeisolierendem Material erstreckt. Am Herdgefäß 71 ist eine Zwangskühlvorrichtung vorgesehen, \irelche von einem doppe lwandigen Rohr 95 gebildet ist, dessen Innenrohr die Auslaßbohrung 54 bildet, und zwischen dessen Außen- und Innenrohr Kühlwasser strömt. Stattdessen können auch Kühlgase verwendet werden, wie beispielsweise Luft oder Stickstoff.

An das Rohr 95 ist die Entnahmevorrichtung 55 angeschlossen, welche ein Gehäuse 96 aus Metall, im allgemeinen Eisen, und ein Innenfutter 97 aus wärmeisolierendem Material auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 96 aufweist. Das wärmeisolierende Material des Innenfutters 97 ist demjenigen der erwähnten Schicht 73 ähnlich. Im unteren Bereich weist die Entnahmevorrichtung 55 eine Auslaßöffnung 98 auf, durch welche hindurch die von der Auslaßbohrung 54 stammende Schmelze in die folgende Zerstäubungsvorrichtung 57 eingegeben wird. Dabei passiert die Schmelze einen Ablaufkanal 99» welcher von der Oberfläche des Innenfutters 97 gebildet ist.

Die Entnahmevorrichtung 55 weist ferner einen ersten Plasmabrenner 100 und einen zweiten Plasmabrenner 101 auf, welche am Gehäuse 96 angebracht sind. Der erste Plasmabrenner 100 ist so gerichtet, daß sein Plasmabogen in die Auslaßbohrung 54 hinein gestrahlt wird. Der zweite Plasmabrenner 101 ist so gerichtet, daß sein Plasmabogen zur Auslaßöffnung 98 und zum Ablauf kanal 99 hin abgestrahlt wird. Beide Plasmabrenner 1OO und 102 sind jeweils an eine Gleichstromquelle I03 bzw. 102 und an die Gasquelle 86 angeschlossen, wie der Plasmabrenner 52. Schließlich ist die Entnahmevorrichtung 55 mit einem Gasauslaß 104 versehen, durch welchen hindurch unnötige Gase in die Rohrleitung 89 hinein abgehen.

Das Gehäuse 58 der Zerstäubungsvorrichtung 57 ist mit dem Gehäuse 96 der Entnahmevorrichtung 55 über ein Verbindungs

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glied 107 verbunden, so daß ein Einlaß 108 des Gehäuses 58 mit der Auslaßöffnung 98 in Verbindung stellt. Der Einlaß 108 ist mit einem Wasserkanal 109 versehen, welcher teilweise eine Ablauföffnung 110 aufweist, so daß daraus ausströmendes Wasser entlang einer geneigten Oberfläche 111 zu Zerstäubungszwecken abwärtsfließen kann, welches im unteren Teil des Gehäuses 58 verbleibt. Es geht über einen Wasserauslaß 112 ab, um mittels eines Wärmetauschers 11J gekühlt, mittels eines Filters 114· von Staub, nämlich mit dem Wasser vermischten Partikeln oder Körnchen, befreit und dann mittels einer Pumpe 115 wieder zur neuerlichen Verwendung in den Wasserkanal 109 eingeführt zu werden.

Die !Funktionsweise im Betrieb ist folgendermaßen. Schmelzbehälter 32 mit radioaktivem Abfall werden von der Eingabevorrichtung 38 durch den Führungszylinder 80 hindurch in den Schmelzofen 50 gegeben. Dabei ist es auch möglich, mehrere Schmelzbehälter 32 im Führungszylinder 80 übereinander zu stapeln. Der jeweils eingeführte Schmelzbehälter 32 bzw. der unterste Schmelzbehälter 32 des Stapels im Führungsrohr 80 wird bzw. ist in das Schmelzbad 53 eingetaucht. Auf diese Weise wird der Wärmeinhalt des vom Plasmabrenner 52 abgegebenen Plasmabogens nicht nur unmittelbar auf.die Schmelzbehälter 32 übertragen, sondern auch mittelbar auf die Schmelzbehälter 32 und deren Inhalt über das Schmelzbad 53 ₅ so daß die Schmelzbehälter 32 und die darin enthaltenen radioaktiven Abfälle äußerst gleichmäßig erwärmt und schnell geschmolzen werden können. Da der vom Plasmabrenner 52 abgegebene Plasmabogen auf einer Temperatur oberhalb 10.000° K gehalten wird, kann die dem Plasmabrenner 52- zugeführte elektrische Energie so eingestellt und geregelt werden, daß das Schmelzbad 53 eine geeignet hohe Temperatur annimmt. Auf diese Weise kann sowohl Metall als auch Abfall aus anorganischem Material mit einem hohen Schmelzpunkt geschmolzen werden.

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Die Pufferschicht 73 verhindert Beschädigungen des Innenfutters 73, 74- und des Herdgefäßes 71 "bei der Eingabe der Schmelz-Behälter 32 selbst dann, wenn sie mit Wucht abgesenkt werden. Auch dann, wenn ein Schmelzbehälter 32 kräftig fallengelassen wird, so daß die Festschicht 75^ einen lokalen Stoß erfährt, wird dieser an der unteren Oberfläche der Festschicht 75t> über eine große Fläche verteilt und der den einzelnen Pufferstükken der Schotterschicht 75a mitgeteilte Stoß schwach. Dieser schwache Stoß auf die Schotterschicht 75a wird darüber hinaus durch diese selbst absorbiert, so daß auf das Innenfutter 73? 74- des Herdgefäßes 71 allenfalls ein sehr schwacher Stoß übertragen wird.

Beim geschilderten Schmelzen erfolgen das Erhitzen mittels des Plasmabrenners 52 und das Kühlen mittels des wassergekühlten Herdgefäßes 71 gleichzeitig. Da jedoch das Innenfutter 73, 74-zwischen der Pufferschicht 73 und dem Herdgefäß 7I vorgesehen ist, wird der Wärmeübergang gesteuert und ist verhindert, daß vom Plasmabrenner 52 gelieferte Wärmeenergie übermäßig vom wassergekühlten Herdgefäß 7I abgeführt bzw. umgekehrt die Pufferschicht 73 durch die vom Plasmabrenner 52 gelieferte Wärmeenergie übermäßig aufgeschmolzen wird. Umgekehrt kann die Pufferschicht 75 verhindern, daß das Innenfutter 73, 74- des Herdgefäßes 71 überhitzt wird oder in direkte Berührung mit dem Schmelzbad 53 kommt, so daß jeglicher Verbrauch an wärmeisolierendem Material der Schichten 73 und 74- verhindert ist.

Beispielsweise weisen im geschilderten Fall normalerweise das Schmelzbad 53 eine Temperatur von I.5OO⁰ C im mittleren Bereich der Vertiefung 76, die Festschicht 75"b eine Temperatur von I.3OO bis 1.4-00° C, die Schotterschicht 75a eine Temperatür von 700 bis 1.200° C und das Innenfutter 73, 74- eine Temperatur von 610 C auf, wobei die Temperatur der Schotterschicht 75& in der Nähe der Fest schicht 75"b höher und in der Nähe des Innenfutters 73, 74- niedriger ist.

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Das durch, das Schmelzen der Schmelzbehälter 32 und die darin enthaltenen radioaktiven Abfälle 13 gebildete Schmelzbad 53 wird durch die Auslaßbohrung 54- hindurch abgezogen und gelangt über den Ablaufkanal 99 zur Auslaßöffnung 98 der Entnahmevorrichtung 55» um dort abzutropfen. Der abtropfende Tau fällt durch den Einlaß 108 der Zerstäubungsvorrichtung 57 hindurch auf deren geneigte, zerstäubende Oberfläche 111, worauf die Schmelze durch das Wasser schnell zu den Partikeln 60 abgekühlt wird, welche sich auf dem Boden des Gehäuses 58 ansammeln.

Wenn dann das Abziehen des Schmelzbades 53 beendet wird, wird das Rohr 95 ndLt einem Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser, beaufschlagt, so daß die darin, also in der Auslaßbohrung 54-, vorhandene Schmelze zu einem Stopfen erstarrt, welcher den Ablauf von Schmelze aus dem Schmelzbad 53 unterbricht.

Soll wieder Schmelze aus dem Schmelzbad 53 abgezogen werden, dann wird der Plasmabrenner 100 eingeschaltet, um mit seinem Plasmabogen den Stopfen in der Auslaßbohrung 54- zu beaufschlagen und zu schmelzen, so daß durch die Auslaßbohrung 54- wieder Schmelze vom Schmelzbad 53 in der Vertiefung 76 abfließen kann.

Wenn vorher durch die Auslaßbohrung 54· abgezogene Schmelze am Ablaufkanal 99 erstarrt sein sollte, so daß das Abfließen neuerer Schmelze behindert oder die Auslaßöffnung 98 der Entnahmevorrichtung 55 verstopft sein sollte, dann wird der oberhalb der Auslaßöffnung 98 angeordnete Plasmabrenner 101 eingeschaltet, um mit seinem in den Ablaufkanal 99 und zur Auslaßöffnung 98 gerichteten Plasmabogen das erstarrte und anhaftende Material zu schmelzen, so daß ein glatter und gleichmäßiger Schmelzenabfluß gewährleistet ist.

Für die geschilderte Zerstäubungsvorrichtung 57 kann beispielsweise eine Vorrichtung verwendet werden, bei welcher die Schmelze auf einen Drehtisch tropft, um sie zu versprühen«

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In Fig. 5 ist eine andere Vorrichtung zur Behandlung der im Schmelzofen 50 erzeugten Schmelze veranschaulicht, welche stabder Zerstäubungsvorrichtung 57 verv?endet wird. Es handelt sich um eine Schmelzenerstarrungsvorrichtung, in v/elcher die Schinelze mittels, einer wassergekühlten Form 121 erstarren gelassen wird. Das Gehäuse 122 der Schmelzenerstarrungsvorrichtung ist unterhalb des Verbindungsgliedes 107 angeordnet und damit verbunden. Die Form 121 ist auf einem senkrecht beweglichen Tisch 123 angeordnet, welcher mittels eines nicht dargestellten Hebewerkes auf- und abbewegt wird und in seiner oberen Stellung eine untere Öffnung des Gehäuses 122 verschließt sowie die Form 121 in einer vorgegebenen Position zur Aufnahme der Schmelze hält. Das Gehäuse 122 ist mit einem Gasauslaß 124 versehen, durch welchen hindurch Abgase zur Rohrleitung 89 gelangen, über Bohrleitungen 125 sowie 126 wird in einem Tank 127 enthaltenes Kühlwasser mittels einer Pumpe 128 durch die Form 121 strömen gelassen.

Die Schmelze aus dem Schmelzofen 50 wird über die Entnahmevorrichtung 55 der wassergekühlten Form 121 zugeführt und darin erstarren gelassen. Sollten sich in der Form 121 nicht geschmolzene Stücke befinden oder Aufblähungen des erstarrten Materials aufgrund von Gaseinschlüssen beim Erstarren vorliegen, dann νιίτά der Plasmabrenner 101 eingeschaltet, um mit seinem Plasmabogen durch die Auslaßöffnung 98 hindurch das ungeschmolzene Material zu schmelzen bzw. die Aufblähungen aufzuschmelzen.

Fig. 6 zeigt eine andere Schmelzenerstarrungsvorrichtung. Dabei ist statt der wassergekühlten Form 121 ein Graphittiegel 132 innerhalb eines Lagerbehälters I3I vorgesehen. Ein Gehäuse 133 sowie ein Tisch 134 sind ebenfalls vorhanden. Innerhalb des Gehäuses 133 sind mehrere Kühlrohre 135 angeordnet, welche mit Düsen versehen sind, aus denen Eühlgase gegen den Lagerbehälter I3I zur Kühlung und zum Schutz desselben geblasen werden. Die Gase hoher Temperatur* innerhalt- des Gehäuses 133 werden durch einen

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Gasauslaß 136 hindurch abgezogen, um dann mittels eines Wärmetauschers 137 abgekühlt, mittels eines Filters I38 von Staub befreit, mittels eines Kompressors 139 komprimiert und den Kühlrohren 135 zugeführt zu werden. Überschüssige Gase werden hinter dem Kompressor 139 einem Filter 140 zur Staubentfernung zugeführt, um dann durch, einen Schornstein 141 hindurch in die freie Atmosphäre abzugehen.

Die in den Graphittiegel 132 eingegebene Schmelze erstarrt darin. Wenn er gefüllt ist, wird der Graphittiegel 132 zusammen mit dem Lagerbehälter I3I aus der Vorrichtung abtransportiert. Danach wird ein Spalt 142 zwischen Lagerbehälter I3I und Grsphittiegel 132 mit Beton gefüllt, so daß das erstarrte Material im Graphittiegel 132 zusammen mit letzterem in Beton eingeschlossen ist. Schließlich, wird ein Deckel aufgesetzt.

"Vor der Schmelzeneingabe wird der Graphittiegel 132 durch den Plasmabogen des Plasmabrenners 101 vorgewärmt, um zu gewährleisten, daß alle eingeführte Schmelze in Form eines Blockes erstarrt. Wenn der erwähnte Betoneinschluß nicht erforderlich ist, dann kann der Spalt 142 mit wärmeisolierendem Material gefüllt werden, wie beispielsweise Magnesiateilchen.

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Claims

BLUIvIBAC: ■)■ - WESrT. · ΒΕ"'·' Ζ'.·;:ΗΝΒ): MOrT-λ-.--.NN PATEKTAKWaLTE IN ',JOCHEN U:«L> V/iESBADEN 3 0 A 0 7 5 5 Patantconsult Radecfcesirafle « SKO !.«..r-v.on 00 Teltion (r£9}8336'-.S/:.-^.'Jt Telex 05-212213 Telegramm» Paienlconsult Palemconsult Sonnerx-orcor Straße 43 6K„ ./,csDocien Tc-I of - (C6121) r:C,;;C./5i1998 Telex 04-ia«i7 Telegramn-e Pä'ontcor.sul! DAIDOTOKUSHUKO KABüSHIKTKAISHA 10.065 aza-Kuridashi c Hoshi:<.aki-cho Oe Minami-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan Ansprüche

1. Schmelzofen für radioaktiven Abfall, gekennzeichnet durch

a) ein hohles Ofengehäuse (51),

b) eine Pufferschicht (75), welche innen auf dem Boden des Ofengehäuses (5Ό angeordnet ist,

c) eine Vertiefung (76) als Reservoir für geschmolzenen radioaktiven Abfall, welche in der dem Boden des Ofengehäuses (51) abgewandten Oberfläche der Pufferschicht (75) ausgebildet ist,

d) einen Führungszylinder (80) für zu schmelzenden radioaktiven Abfall, v/elcher oberhalb der Vertiefung (76) im Ofengehäuse (5I) angeordnet ist, wobei das offene obere Ende zur Abfalleingabe auiSerhalb des Ofengehäuses (51) und das offene untere Ende zur Abfallabgabe über der Vertiefung (76) liegt, und

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.b's 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

e) eine Heizvorrichtung (52) zum Erhitzen des Schmelzbades (53) in eier Vertiefung (76), welche am Ofengehäuse (5'0 angebracht ist.

2. Schneizofen, nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Pufferschicht (75) aus einer Schotterschicht (75^a) mit massiven, gegenseitig mit Spiel angeordneten und beweglichen Pufferstücken und einer die Schotterschicht (75a-) auf der dem Boden des Ofengehäuses

(51) abgewandten Seite vollständig überdeckenden IFestschicht (75b) besteht, in welcher die Vertiefung (76) auf der der Schotterschicht (75a) abgewandten Seite ausgebildet ist.

3. Schmelzofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ofengehäuse (5Ό i^m unteren Bereich von einem topfförmigen, wassergekühlten Herdgefäß (71) ^mit einem Innenfutter (73? 74-) aus wärmeisolierendem Material gebildet ist, wobei die Pufferschicht (75) auf der dem Herdgefäß (7I) abgewandten Seite des Innenfutters (73, 74-) vorgesehen ist.

4. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß als Heizvorrichtung ein Plasmabrenner

(52) vorgesehen ist, welcher zur Abgabe eines Plasmabogens zum Schmelzbad (53) in der Vertiefung (76) hin um das offene untere Ende des lührungsZylinders (80) herum angeordnet ist»

5. Schmelzofen nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch g e -

kennzeichnet, daß das Herdgefäß (71) "und dessen Innenfutter (73) seitlich neben der Vertiefung (76) mit einer Auslaßbohrung (54·) für geschmolzenen radioaktiven Abfall in der Vertiefung (76) versehen sind, welcher eine steuerbare Kühlvorrichtung (95) zur Abkühlung und zum Erstarren-

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lassen von durch die Auslaßbohrimg (54-) fließender Schmelze und eine steuerbare Heizvorrichtung (100) zum Schmelzen von in der Auslaßbohrung (5*0 erstarrtem Material zugeordnet sind.

6. Schmelzofen nach Anspruch 5? dadurch g e k e η η zeichnet, daß außerhalb des Herdgef ässes (71) im Bereich der Auslaßbohrung (5*0 ein Ablaufkanal (99) für die aus der Auslaßbohrung (54·) ausgetretene Schmelze vorgesehen ist, dessen unterer Auslaßöffnung (98) eine Zerstäubungsvorrichtung (57) für die den Ablaufkanal (99) herabgelaufene Schmelze nachgeschaltet ist.

7· Schmelzofen nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß außerhalb des Herdgefässes (71) im Bereich der Auslaßbohrung (54-) ein Ablaufkanal (99) für die aus der Auslaßbohrung (54-) ausgetretene Schmelze vorgesehen ist, dessen unterer Auslaßöffnung (98) eine Vorrichtung (121 bis 128; I3I bis 136) zum Erstarrenlassen der den Ablauf kanal (99) herabgelaufenen Schmelze in Blockform nachgeschaltet ist.

8. Schmelzofen für radioaktiven Abfall, gekennzeichnet durch

a) ein hohles Ofengehäuse (51)» welches innen mit einem Preiraum zum Schmelzen von radioaktivem Abfall versehen ist,

b) eine Heizvorrichtung (52) zum Erhitzen und Schmelzen des radioaktiven Abfalls in dem Ereiraum, welche am Ofengehäuse (5I) angebracht ist,

c) eine in der Seitenwand des Ofengehäuses (51) seitlich neben dem Freiraum vorgesehene Auslaßbohrung (54·) für im Ereiraum geschmolzenen radioaktiven Abfall,

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d) eine an der Auslaßbohrung (54) angeordnete, steuerbare Zwangskühl vorrichtung (95) zur Abkühlung und zum Erstarrenlassen von Schmelze in der Auslaßbohrung (54), und

e) einen außerhalb des Ofengehäuses (5Ό "vor der Auslaßbohrung (54) angeordneten Plasmabrenner (100) zum Schmelzen von in der Auslaßbohrung (54) erstarrtem Material und zur Abgabe eines Plasmabogens zum erstarrten Material hin.

9. Schmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Zwangskühlvorrichtung aus einem doppelwandigen Rohr (95) ^mit einem die Auslaßbohrung (54) umschließenden Innenrohr und einem letzteres umschließenden Außenrohr besteht, wobei der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist.

10. Schmelzofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß als Heizvorrichtung für den radioaktiven Abfall in dem Ireiraum des Ofengehäuses (5I) ein Plasmabrenner (52) vorgesehen ist.

11. Schmelzofen nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß außerhalb des Ofengehäuses (51) im Bereich der Auslaßbohrung (54-) ein Ablauf kanal (99) für die aus der Auslaßbohrung (54-) ausgetretene Schmelze vorgesehen ist, dessen unterer Auslaßöffnung (98) eine Zerstäubungsvorrichtung (37) für die den Ablaufkanal (99) herabgelaufene Schmelze nachgeschaltet ist, wobei oberhalb der Auslaßöffnung (98) ein Plasmabrenner (101) zur Abgabe eines Plasmabogens zur Auslaßöffnung (98) hin und zum Schmelzen von erstarrtem und an der Auslaßöffnung (98) klebendem Material vorgesehen ist.

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12. Schmelzofen nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß außerhalb des Ofengehäuses (51) im Bereich der Auslaßbohrung (54-) ein Ablaufkanal (99) für die aus der Auslaßbohrung (54·) ausgetretene Schmelze vorgesehen ist, dessen unterer Auslaßöffnung (93) eine Vorrichtung (121 bis 128; I3I bis 136) zum Erstarrenlassen der den Ablaufkanal (99) herabgelaufenen Schmelze in Blockform nachgeschaltet ist, wobei oberhalb der AuslaßÖffnung (98) ein Plasmabrenner (101) zur Abgabe eines Plasmabogens zur Auslaßöffnung (98) hin und durch sie hindurch und zum Schmelzen von erstarrtem und an der Auslaßöffnung (98) klebendem Material vorgesehen ist.

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