JP2001108794A - 放射性廃棄物溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝固金属を効率よく加熱し、処理能力を高め
ることが可能な放射性廃棄物溶融炉を提供すること。 【解決手段】 加熱コイル４によって誘導加熱される発
熱スリーブ３を備え、発熱スリーブ３の上部開口部６か
ら導入された放射性廃棄物１１を発熱スリーブ３で溶融
するとともに、発熱スリーブ３で溶融された放射性廃棄
物１１を、発熱スリーブ３の下部開口部７から排出する
放射性廃棄物溶融炉において、発熱スリーブ３の厚み
を、下部側よりも上部側を大きくすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子力発電
所において発生する放射性廃棄物を溶融して排出する放
射性廃棄物溶融炉の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所などの原子力関連施設から
発生する低レベルの放射性廃棄物を減容する目的で、高
周波誘導加熱を用いた放射性廃棄物溶融炉が一般に用い
られている。

【０００３】図８は、この種の従来から用いられている
放射性廃棄物溶融炉の構成例を示す正面断面図である。

【０００４】すなわち、従来から用いられている放射性
廃棄物溶融炉は、メインコイル１と、坩堝２と、導電性
の発熱スリーブ３（ＳｉＣ材が一般に用いられる）と、
下部コイル４と、耐火材５とを備えている。

【０００５】メインコイル１は、坩堝２内の金属放射性
廃棄物を、高周波誘導加熱によって溶融する。このメイ
ンコイル１によって溶融された溶融金属１０は坩堝２に
そのまま一旦保持される。

【０００６】発熱スリーブ３と下部コイル４とは、この
ようにして坩堝２に保持された溶融金属１０を栓するた
めのバルブとして機能する。

【０００７】すなわち、坩堝２内に溶融金属１０を保持
する場合、下部コイル４に電力を供給しない。これによ
り、メインコイル１によって溶融された溶融金属１０
は、上部開口部６から発熱スリーブ３に流れ込み、発熱
スリーブ３内で凝固し、凝固金属１１となる。

【０００８】その結果、発熱スリーブ３が凝固金属１１
によって閉塞する。

【０００９】一方、坩堝２内の金属放射性廃棄物を、発
熱スリーブ３から排出する場合には、下部コイル４に電
力を供給して発熱スリーブ３を誘導加熱する。そして、
発熱スリーブ３内で凝固している凝固金属１１は、融点
まで加熱されると溶融を開始し、この溶融金属１０が発
熱スリーブ３内を下降して、下部開口部７から放射性廃
棄物溶融炉の外へ排出される。

【００１０】なお、このような放射性廃棄物溶融炉は、
非常に高温になるために、坩堝２と発熱スリーブ３の内
側、およびメインコイル１と下部コイル４との周囲に
は、耐火材５が設けられている。

【００１１】また、メインコイル１および下部コイル４
は、内部に冷却水２２が流通する中空管２１により構成
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の放射性廃棄物溶融炉では、以下のような問題
がある。

【００１３】図９は、従来から用いられている放射性廃
棄物溶融炉の発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を
示す模式図である。

【００１４】すなわち、従来から用いられている放射性
廃棄物溶融炉では、下部コイル４の周囲に磁束分布ａが
形成される。また、発熱スリーブ３における発熱分布ｂ
が、下部コイル４の中心高さにて最大値を示す分布をな
す。そして、下部コイル４より上方または下方になる
と、発熱スリーブ３の発熱分布ｂは、指数関数的に減少
する。

【００１５】その結果、発熱スリーブ３の上部開口部６
付近で凝固している凝固金属１１の加熱効率が悪くな
り、発熱スリーブ３の加熱を開始してから、凝固金属１
１を溶融するまでにかなりの時間を要してしまう。

【００１６】発熱スリーブ３の上部開口部６付近で凝固
している凝固金属１１を効率よく加熱するためには、下
部コイル４を、上部開口部６側に移動させればよい。し
かしながら、耐火材５の健全性の観点から、炉底とコイ
ルとの距離Ｈはある一定の値以上を確保しなければなら
ないという制約がある。

【００１７】したがって、従来の放射性廃棄物溶融炉に
おいては、発熱スリーブ３の加熱を開始してから、金属
放射性廃棄物を排出し始めるまでに長時間要することに
なり、処理能力が低下するという問題がある。

【００１８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、下部コイルを上部開口部側に移動すること
なく発熱スリーブの発熱分布のピークを上方にシフトさ
せ、もって、凝固鉄を効率よく加熱し、処理能力を高め
ることが可能な放射性廃棄物溶融炉を提供することを目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、以下のような手段を講じる。

【００２０】すなわち、請求項１の発明では、加熱コイ
ルによって誘導加熱される発熱スリーブを備え、発熱ス
リーブの上部開口部から導入された放射性廃棄物を発熱
スリーブで溶融するとともに、発熱スリーブで溶融され
た放射性廃棄物を、発熱スリーブの下部開口部から排出
する放射性廃棄物溶融炉において、発熱スリーブの厚み
を、下部側よりも上部側を大きくする。

【００２１】請求項２の発明では、加熱コイルによって
誘導加熱される発熱スリーブを備え、発熱スリーブの上
部開口部から導入された放射性廃棄物を発熱スリーブで
溶融するとともに、発熱スリーブで溶融された放射性廃
棄物を、発熱スリーブの下部開口部から排出する放射性
廃棄物溶融炉において、加熱コイルの上部に、磁性体を
備える。

【００２２】請求項３の発明では、加熱コイルによって
誘導加熱される発熱スリーブを備え、発熱スリーブの上
部開口部から導入された放射性廃棄物を発熱スリーブで
溶融するとともに、発熱スリーブで溶融された放射性廃
棄物を、発熱スリーブの下部開口部から排出する放射性
廃棄物溶融炉において、発熱スリーブの厚みを、下部側
よりも上部側を大きくし、かつ、加熱コイルの上部に、
磁性体を備える。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００２４】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる
図中の符号は、図８から図９と同一部分については同一
符号を付して示すことにする。

【００２５】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を図１から図３を用いて説明する。

【００２６】図１は、第１の実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉の発熱スリーブの構成例を示す断面構成図で
ある。

【００２７】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図で
ある。

【００２８】本実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉
は、図８に示す従来の放射性廃棄物溶融炉に比べて、発
熱スリーブ３の構成が異なるのみである。したがって、
ここでは発熱スリーブ３の構成について説明し、重複説
明を避ける。

【００２９】すなわち、本実施の形態に係る放射性廃棄
物溶融炉は、図１に示すように、下部コイル４で誘導加
熱される発熱スリーブ３を備えている。

【００３０】発熱スリーブ３は、上部開口部６の付近で
凝固金属１１となった放射性廃棄物を溶融して、下部開
口部７から排出するようにしている。

【００３１】この発熱スリーブ３は、その厚みを下部側
よりも上部側を厚くしている。すなわち、上部開口部６
および下部開口部７の内径Ｄに対して、下部側の発熱ス
リーブ３の外径をそれより大きい値である外径Ｄ１、上
部側の発熱スリーブ３の外径を更にそれより大きい値で
ある外径Ｄ２としている（Ｄ２＞Ｄ１＞Ｄ）。

【００３２】これによって、上部側の発熱スリーブ３の
厚みは｛（Ｄ２−Ｄ）／２｝、下部側の発熱スリーブ３
の厚みは｛（Ｄ１−Ｄ）／２｝となる。

【００３３】また、下部側の発熱スリーブ３は、下部コ
イル４の下端から長さＨ１までとしている。

【００３４】本実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉で
は、下部側の発熱スリーブ３の外径Ｄ１を、上部側の発
熱スリーブ３の外径Ｄ２に対して４／５程度とし、下部
コイル４の下端から長さＨ１を、下部コイル４の全長Ｈ
２に対して、４／５程度とすることにより、発熱スリー
ブ３の上部側の加熱が顕著となる。

【００３５】このように、本実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉は、発熱スリーブ３の厚みを、下部側よりも
上部側を大きくしている。

【００３６】次に、以上のように構成した本実施の形態
に係る放射性廃棄物溶融炉の作用について説明する。

【００３７】図３は、第１の実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉の発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を
示す模式図である。

【００３８】すなわち、本実施の形態に係る放射性廃棄
物溶融炉では、発熱スリーブ３の上部側の方が厚いため
に、発熱スリーブ３の上部側での発熱が促進される。す
なわち、図３に示すように、高さ方向における発熱分布
Ｂが、発熱スリーブ３の上部側と下部側との境界高さＨ
１付近にて最大値を示すような分布をなす。また，磁束
分布Ａも、発熱スリーブ３の上部側と下部側との境界高
さＨ１付近にて歪んだ分布をなす。

【００３９】その結果、発熱スリーブ３の上部開口部６
付近で凝固している凝固金属１１の加熱効率が改善さ
れ、発熱スリーブ３の加熱を開始してから、凝固金属１
１を溶融するまでに要する時間が短縮され、処理能力の
向上が図られる。

【００４０】なお、請求項でいう加熱コイルは本実施の
形態において下部コイル４に相当する。

【００４１】上述したように、本実施の形態に係る放射
性廃棄物溶融炉においては、上記のような作用により、
発熱スリーブ３の上部開口部６付近で凝固している凝固
金属１１を効率良く加熱することができる。

【００４２】その結果、発熱スリーブ３の加熱を開始し
てから、凝固金属１１を溶融するまでに要する時間を短
縮することができ、処理能力の向上を図った放射性廃棄
物溶融炉を実現することが可能となる。

【００４３】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図４から図７を用いて説明する。

【００４４】図４は、第２の実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉の発熱スリーブの構成例を示す断面構成図で
ある。

【００４５】図５は、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図で
ある。

【００４６】図６は、下部コイルの上端に接合された強
磁性鋼鈑の構成例を示す斜視図である。

【００４７】本実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉
は、前述した第１の実施の形態の放射性廃棄物溶融炉に
おける下部コイル４の上端部に、磁性体である強磁性鋼
板１５を備えた点のみが異なる。したがって、ここでは
強磁性鋼板１５の構成について説明し、重複説明を避け
る。

【００４８】すなわち、本実施の形態に係る放射性廃棄
物溶融炉は、図４および図５に示すように、下部コイル
４の上方に、２枚の強磁性鋼板１５を同心円状に配置
し、さらに各強磁性鋼鈑１５の下端を下部コイル４の上
端に、銀ろう付け等により接合している。これにより、
下部コイル４と強磁性鋼鈑１５との良好な熱伝導が実現
されるようにしている。

【００４９】この強磁性鋼板１５は、肉厚が０．５ｍ
ｍ、高さが（Ｈ２−Ｈ１）程度とし、図５および図６に
示すように、円周方向に略等間隔で１０分割して、その
間に１ｍｍ程度の空隙を備えている。

【００５０】また、この強磁性鋼板１５は、一般的なけ
いそう鋼板を用いることが可能であり、比透磁率および
電気伝導率をそれぞれ、好適な値である比透磁率３００
以上、電気伝導率１×１０^６Ｓ／ｍ程度としている。

【００５１】さらに、この強磁性鋼板１５の周囲を、耐
火材５で覆うようにしている。

【００５２】このように、本実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉は、発熱スリーブ３の厚みを、下部側よりも
上部側を大きくし、かつ、下部コイル４の上部に、強磁
性鋼板１５を備えている。

【００５３】次に、以上のように構成した本実施の形態
に係る放射性廃棄物溶融炉の作用について説明する。

【００５４】図７は、第２の実施の形態に係る放射性廃
棄物溶融炉の発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を
示す模式図である。

【００５５】すなわち、本実施の形態に係る放射性廃棄
物溶融炉では、下部コイル４の上端部に強磁性鋼板１５
が接合されている。この強磁性鋼板１５は、透磁率が大
きくかつ電気抵抗が小さいことから、空気よりも磁束を
導きやすい。

【００５６】そのため、下部コイル４によって生成され
る磁束が、強磁性鋼板１５側にまで導かれる。すなわ
ち、強磁性鋼鈑１５の上部にまで磁束分布Ａ’が引き上
げられる。このようにして、発熱スリーブ３の上部側と
下部側との境界高さＨ１付近にて最大値を示す発熱分布
Ｂ’が、第１の実施の形態に比べて更に強調される。

【００５７】その結果、発熱スリーブ３の上部開口部６
付近で凝固している凝固金属１１の加熱効率が第１の実
施の形態に比べて更に改善され、発熱スリーブ３の加熱
を開始してから、凝固金属１１を溶融するまでに要する
時間が更に短縮され、処理能力の更なる向上が図られ
る。

【００５８】なお、下部コイル４に強磁性鋼板１５を接
合すると、この強磁性鋼板１５は発熱するが、本実施の
形態では、強磁性鋼板１５の厚みが０．５ｍｍであり薄
いために発熱量は少ない。この厚みを小さくすれば、発
熱量は更に抑えられる。

【００５９】また、強磁性鋼板１５を円周状に配置する
と、渦電流が増加し、強磁性鋼板１５は、この渦電流に
よっても発熱するが、本実施の形態では、円周方向に１
０分割され、更に互いに１ｍｍ程度の間隔を確保してい
るので、その影響は緩和される。

【００６０】本実施の形態では、発熱スリーブ３の上部
側と下部側との境界高さＨ１付近にて最大値を示す発熱
分布が、第１の実施の形態に比べて更に強調されるため
に、炉底と下部コイル４の上端との間にある耐火材の健
全性について懸念されるが、強磁性鋼板１５の周囲に耐
火材５（例えば、砂などのスタンプ剤）を埋めること
で、実質的には従来の耐火材５と同様の効果が維持され
る。

【００６１】耐火材５の温度が上昇し、強磁性鋼板１５
の融点である１８００℃を越えることも考えられる。し
かしながら、強磁性鋼板１５は、中空管２１の内部に冷
却水２２が流通している下部コイル４の上部に接合して
いることから、下部コイル４との熱伝導を通じて冷却さ
れ、強磁性鋼板１５の温度は融点以下に抑えられる。

【００６２】上述したように、本実施の形態に係る放射
性廃棄物溶融炉においては、上記のような作用により、
発熱スリーブ３の上部開口部６付近で凝固している凝固
金属１１を効率良く加熱することができる。

【００６３】その結果、発熱スリーブ３の加熱を開始し
てから、凝固金属１１を溶融するまでに要する時間を短
縮することができ、処理能力の向上を図った放射性廃棄
物溶融炉を実現することが可能となる。

【００６４】なお、この強磁性鋼板１５は発熱するが、
厚みが０．５ｍｍと薄いことから発熱量は少なく、この
厚みを小さくすれば、発熱量は更に少なくなる。

【００６５】また、強磁性鋼板１５には渦電流が発生
し、この渦電流によっても発熱するが、円周方向に１０
分割され、更に互いに１ｍｍ程度の間隔を確保している
ことから、その影響は緩和される。

【００６６】さらに、強磁性鋼板１５は、中空管２１の
内部に冷却水２２が流通している下部コイル４の上部に
接合していることから、下部コイル４との熱伝導を通じ
て冷却され、強磁性鋼板１５は融点に至ることはない。

【００６７】炉底と下部コイル４の上端との間にある耐
火材５の健全性についても、強磁性鋼板１５の周囲に耐
火材５（例えば、砂などのスタンプ剤）を埋めること
で、実質的には従来の耐火材５と同様の効果が維持でき
る。

【００６８】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、次のようにしても同様に実施できる
ものである。

【００６９】たとえば、前述した第２の実施の形態に係
る放射性廃棄物溶融炉は、発熱スリーブ３の厚みを、下
部側よりも上部側を大きくし、かつ強磁性鋼板１５を、
下部コイル４の上部に備えているが、発熱スリーブ３の
厚みは一様であり、強磁性鋼板１５を、下部コイル４の
上部に備えた構成としても良い。

【００７０】これによっても、発熱スリーブ３の発熱分
布のピークを上方にシフトさせることができるので、凝
固鉄の加熱効率を高めることができる。

【００７１】以上、本発明の好適な実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放射性廃
棄物溶融炉によれば、下部コイルを上部開口部側に移動
することなく発熱スリーブの発熱分布のピークを上方に
シフトさせることができる。

【００７３】以上により、凝固鉄を効率よく加熱するこ
とが可能となり、もって、処理能力を高めることが可能
な放射性廃棄物溶融炉を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉の
発熱スリーブの構成例を示す断面構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】第１の実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉の
発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を示す模式図。

【図４】第２の実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉の
発熱スリーブの構成例を示す断面構成図。

【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図６】下部コイルの上端に接合された強磁性鋼鈑の構
成例を示す斜視図。

【図７】第２の実施の形態に係る放射性廃棄物溶融炉の
発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を示す模式図。

【図８】従来から用いられている放射性廃棄物溶融炉の
構成例を示す正面断面図。

【図９】従来から用いられている放射性廃棄物溶融炉の
発熱スリーブの高さと発熱分布との関係を示す模式図。

【符号の説明】

１…メインコイル、 ２…坩堝、 ３…発熱スリーブ、 ４…下部コイル、 ５…耐火材、 ６…上部開口部、 ７…下部開口部、 １０…溶融金属、 １１…凝固金属、 １５…強磁性鋼板、 ２１…中空管、 ２２…冷却水。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱コイルによって誘導加熱される発熱
   スリーブを備え、前記発熱スリーブの上部開口部から導
   入された放射性廃棄物を前記発熱スリーブで溶融すると
   ともに、前記発熱スリーブで溶融された放射性廃棄物
   を、前記発熱スリーブの下部開口部から排出する放射性
   廃棄物溶融炉において、 前記発熱スリーブの厚みを、下部側よりも上部側を大き
   くしたことを特徴とする放射性廃棄物溶融炉。
2. 【請求項２】 加熱コイルによって誘導加熱される発熱
   スリーブを備え、前記発熱スリーブの上部開口部から導
   入された放射性廃棄物を前記発熱スリーブで溶融すると
   ともに、前記発熱スリーブで溶融された放射性廃棄物
   を、前記発熱スリーブの下部開口部から排出する放射性
   廃棄物溶融炉において、 前記加熱コイルの上部に、磁性体を備えたことを特徴と
   する放射性廃棄物溶融炉。
3. 【請求項３】 加熱コイルによって誘導加熱される発熱
   スリーブを備え、前記発熱スリーブの上部開口部から導
   入された放射性廃棄物を前記発熱スリーブで溶融すると
   ともに、前記発熱スリーブで溶融された放射性廃棄物
   を、前記発熱スリーブの下部開口部から排出する放射性
   廃棄物溶融炉において、 前記発熱スリーブの厚みを、下部側よりも上部側を大き
   くし、かつ、前記加熱コイルの上部に、磁性体を備えた
   ことを特徴とする放射性廃棄物溶融炉。