JP2013178164A - 放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車 - Google Patents

Abstract

【課題】装置自体が小型・軽量で可搬式であり、有機物の発生場所で連続して減容処理ができ、かつ減容処理中に作業者の被爆を最低限に抑えることのできる放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車を提供すること。
【解決手段】放射性物質で汚染された有機物を連続的に減容する処理システムが搭載されたシステム車であって、この処理システムは、装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われている特定の炭化減容装置と、固形化物を貯蔵する固形化物貯蔵容器と、炭化減容装置に駆動電力を供給する電力供給手段と、炭化減容装置内の過熱蒸気発生器に供給する水を貯蔵する貯水タンクとを備えることを特徴とする放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車である。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所等から放出された放射性物質で汚染された落葉、樹木（葉）、腐葉土、草木等の有機物を移動しながら連続的に減容できる放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車に関する。

２０１１年３月１１日に日本で発生した原発事故に伴い、大気中に多量に放出された放射性物質が、建物、水、土壌、草木等の至る所に蓄積しており、国民生活を脅かしている。この放射性物質の除去（除染）が喫緊の課題となっている。汚染された建物、土壌、草木等についての除染等の措置に係るガイドラインが環境省から発表され、除染の指針が明確となった（非特許文献１を参照）。また除染処理装置も種々提案されつつある。しかし、広範囲で除染を進めるには更なる有効な除染装置の開発が必要である。

除染等の措置に係るガイドライン、平成２３年１２月、第１版、環境省

これまで提案されている草木等の有機物の除染・減容技術としては、高温好気堆肥菌システム、発酵分解等による減容化、あるいは高圧水洗浄後の特殊吸着材での除染等が挙げられる。しかし、これらの除染・減容に使用する装置は、有機物発生場所へ設置できるものもあるが、多くが据置き型となっている。また、これらの装置は、処理能力が低いという問題がある。据置き型の場合は、汚染された処理物を除染装置まで輸送する必要があり、輸送に際し、作業者が汚染しない対策を講じることや輸送時の事故防止対策が必要な上に、輸送自体のコストが高い等多くの課題を抱えている。
従って、本発明は、装置自体が小型・軽量で可搬式であり、有機物の発生場所で連続して減容処理ができ、かつ減容処理中に作業者の被爆を最低限に抑えることのできる放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく、研究開発を行った結果、小型・軽量で且つ装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われた特定の炭化減容装置と、そのたの付帯設備とを備える処理システムを、３トントラックのような車両に搭載したシステム車が有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。
即ち、放射性物質で汚染された有機物を連続的に減容する処理システムが搭載されたシステム車であって、
前記処理システムは、
放射性物質で汚染された有機物を投入する投入口、投入された有機物を破砕後に予備加熱する破砕処理部、過熱蒸気発生器から発生された過熱蒸気により有機物を熱分解して炭化する炭化処理部、炭化物を冷却しつつ圧縮して固形化する固形化処理部及び炭化処理に伴って発生する排ガスを浄化する排ガス浄化手段を有する炭化減容装置であって、装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われている炭化減容装置と、
前記固形化物を貯蔵する固形化物貯蔵容器と、
前記炭化減容装置に駆動電力を供給する電力供給手段と、
前記過熱蒸気発生器に供給する水を貯蔵する貯水タンクと
を備えることを特徴とする放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車である。

上記過熱蒸気発生器は、波形又は凹凸状の山部及び谷部にヨーク状突起又はバリを周縁にもつ貫通孔が形成されるとともに、個々の波形又は凹凸に波面方向に断面形状を周期的に変化させたウネリが付けられたステンレス箔を渦巻き状に巻き込んだステンレス多孔体を備え、渦巻状に巻き込まれたステンレス箔の隣接する面の間に多孔質電気絶縁膜があり、ステンレス箔の長手方向両端部に加熱用電極が取り付けられている抵抗加熱方式ヒーターであることが好ましい。上記炭化減容装置は、固形化処理部内の炭化物に水ガラスをバインダーとして添加するバインダー添加手段を更に有することも好ましい。

上記固形化物貯蔵容器は、放射能遮蔽効果を有する材料を内張りしたステンレス製容器であることが好ましい。

上記固形化物を固形化処理部から固形化物貯蔵容器へと移送する手段は、ベルトコンベアであることが好ましい。このベルトコンベアは、放射能遮蔽効果を有する材料で覆われていることが好ましい。

上記処理システムは、周辺で集積された放射性物質で汚染された有機物を投入口に連続的に送り込むことのできる投入手段を更に備えることが好ましい。

上記炭化処理部における熱分解は、２００℃〜４００℃の範囲内で行われることが望ましい。また、上記固形化処理部における固形化は、室温〜１００℃の範囲内で２０ＭＰａ以上の圧縮力で行われることが望ましい。

本発明では、放射性物質で汚染された有機物の投入前容積が固形化後に１／４０以下に減容されることが好ましい。

本発明によれば、放射性物質で汚染された有機物の減容及び貯蔵を有機物の発生場所まで移動して連続的に行うことが可能となり、作業者の負荷低減とともに、作業コストの大幅な低減が可能となる。更に、減容装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われているため、除染作業者、輸送作業者及び周辺住民への被爆の危険性を極力排除ことが可能となる。

本発明に係る放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車の構成を示す概略図である。 本発明における炭化減容装置の構成を示す概略図である。 ステンレス箔を渦巻状に巻き込む際に電気絶縁膜を併せて巻き込んだステンレス多孔体の外観図である。 波形にプレス成形したステンレス箔の外観図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車の構成を示す概略図である。図１において、車両１に搭載される処理システム２は、全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われている炭化減容装置３と、固形化物を貯蔵する固形化物貯蔵容器４と、炭化減容装置３に駆動電力を供給する電力供給手段５と、炭化減容装置３内の過熱蒸気発生器に供給する水を貯蔵する貯水タンク６とを備えている。本発明では、炭化減容装置３、固形化物貯蔵容器４、電力供給手段５及び貯水タンク６を含めた処理システムが小型・軽量である（処理システムの総重量を３トン未満とすることができる）ため、３トントラックに処理システムを搭載することができる。そのため、本発明によるシステム車は、放射性物質で汚染された有機物の発生場所まで移動し、その場で減容処理・貯蔵を行うことができる。減容処理・貯蔵をより効率的に行う観点から、周辺で集積された放射性物質で汚染された有機物を炭化減容装置３の投入口に連続的に送り込むことのできる投入手段、例えばベルトコンベアを処理システムが備えることも好ましい。なお、電力供給手段５は、図１に示されるように、車両１の原動機から独立した発電機であってもよいが、車両１の原動機により駆動されるものであってもよい。また、放射性物質で汚染された有機物が、太木、稲わら、土壌を含む草木等である場合には、図１に示されるように、有機物を炭化減容装置３に投入する前に予備粉砕するチッパー７を設けてもよい。チッパー７から炭化減容装置３の投入口まではベルトコンベアで有機物を連続的に送り込むことが好ましい。

図２に示されるように、炭化減容装置３は、放射性物質で汚染された有機物を投入する投入口８と、投入された有機物を破砕後に予備加熱する破砕処理部９と、過熱蒸気発生器１０から発生された過熱蒸気により有機物を熱分解して炭化する炭化処理部１１と、炭化物を冷却しつつ圧縮して固形化する固形化処理部１２と、固形化処理部１２で処理された固形化物を排出する排出口１３と、炭化処理に伴って発生する排ガスを浄化する排ガス浄化手段１４と備え、装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料１５で覆われている。

破砕処理部９としては、投入された有機物を破砕後に予備加熱することができるものであればよく、例えば、円筒状のハウジング内に配置された少なくとも一枚の板で形成されたスパイラルと、そのスパイラルを回転させるためのスパイラル軸を介してスパイラルに接続されている駆動装置と、円筒状のハウジング内を加熱するためのヒーターとを有するスパイラル搬送装置を用いることができる。また、円筒状のハウジングには、炭化処理部１１での炭化処理に伴って発生する排ガスを排ガス浄化手段１４へと排出するための排ガス排出口が設けられていてもよい。この破砕処理に続く炭化処理での有機物の熱分解をより促進する観点から、好ましい予備加熱の温度範囲は、８０℃〜２００℃である。

炭化処理部１１としては、破砕処理部９で破砕された有機物を過熱蒸気と接触させて熱分解させることができるものであればよく、円筒状のハウジング内に配置された少なくとも一枚の板で形成されたスパイラルと、そのスパイラルを回転させるためのスパイラル軸を介してスパイラルに接続されている駆動装置と、円筒状のハウジング内に過熱蒸気を導入する過熱蒸気導入口とを有するスパイラル搬送装置を用いることができる。また、円筒状のハウジングには、炭化処理に伴って発生する排ガスを排ガス浄化手段１４へと排出するための排ガス排出口が設けられていてもよい。この炭化処理部１１では、過熱蒸気で形成された無酸素雰囲気中で有機物を低温炭化することができるので、放射性物質の大気中への放出が殆どない。炭化処理部１１における熱分解条件としては、上限温度は放射性セシウムが気化しない温度、下限は炭化処理が実用的な時間内で行える温度であればよく、２００℃〜４００℃が適正であり、より好ましい範囲は２５０℃〜３５０℃である。

炭化処理部１１に過熱蒸気を供給する過熱蒸気発生器１０としては、例えば、図３に示すように、ステンレス箔２０を渦巻き状に巻き込んだステンレス多孔体を備え、渦巻状に巻き込まれたステンレス箔の隣接する面の間に無機繊維等の電気絶縁膜２１があり、ステンレス箔２０の長手方向両端部（渦巻状の中心部と外巻き部分）に加熱用電極２２，２３が取り付けられている抵抗加熱方式ヒーターを用いることができる。加熱用電源２４から通電することによりステンレス多孔体が抵抗加熱される。このような抵抗加熱方式ヒーターとしては、オパーツ株式会社から市販されている３Ｄヒーターを使用することができる。ステンレス箔２０には、プレス成形により規則的又は周期的に波形又は凹凸が付けられており、個々の波形又は凹凸には、図４に示すように波面方向に断面形状を周期的に変化させたウネリ２５が付けられている。波形又は凹凸には、山部及び谷部の適宜の位置に貫通孔２６が設けられ、貫通孔２６の周縁にはヨーク状の突起又はバリ２７が形成されている。このようなステンレス箔２０には、例えば、オパーツ株式会社から市販されているパルブラットを使用することができる。多孔質電気絶縁膜２１としては、アルミナテープ、スラグウール、ガラスウール、シリカウール等の無機繊維を使用してもよいし、或いは、ステンレス箔２０の表面に生成させた絶縁皮膜や塗布により形成した絶縁皮膜を使用することもできる。
抵抗加熱方式ヒーターの仕様や個数は、炭化処理部１１で有機物を熱分解するのに必要な過熱蒸気の量、温度等に応じて適宜決定すればよい。

固形化処理部１２としては、炭化処理部１１で炭化された炭化物を冷却しつつ圧縮できるものであればよく、例えば、円筒状のハウジング内に配置されたスクリュー羽根と、そのスクリュー羽根を回転させるためのスクリュー軸を介してスクリュー羽根に接続されている駆動装置と、炭化物を冷却するために円筒状のハウジングの外周に配置された冷却ジャケットとを有するスクリュープレス装置を用いることができる。また、円筒状のハウジングには、炭化物にバインダーを添加するためのバインダー添加口が設けられていてもよい。炭化物のバインダーとして、放射性セシウムとの結合性の高いＳｉ、Ａｌ等を含有するバインダーを使用することにより、セシウムをより固定化できる。好ましいバインダーとしては、水ガラスが挙げられる。固形化処理部１２における固形化条件としては、室温℃〜１００℃の温度範囲で２０ＭＰａ以上の圧縮力が適正であり、より好ましい範囲は室温℃〜５０℃の温度範囲で５０ＭＰａ以上の圧縮力である。

排ガス浄化手段１４としては、排ガスの浄化に通常使用されるものであればよく、例えば、触媒を担持した排ガス浄化装置が挙げられる。このような排ガス浄化手段１４を備えることにより、排ガスを無害化及び無臭化することができる。また、万一、セシウム等の放射性物質がガス化されても大気中に放出されることがないように、放射性物質吸着剤を排ガス浄化装置に組み込むこともできる。また、処理システム内で発生した排熱を、排ガスの結露防止に利用してもよい。

炭化減容装置３の排出口１３から排出された固形化物は、固形化物貯蔵容器４に貯蔵される。作業者の安全をより高める観点から、固形化物貯蔵容器４は、放射能遮蔽効果を有する材料、例えば、鉛で内張りしたステンレス製容器であることが好ましい。固形化処理部１２から固形化物貯蔵容器４への固形化物の移送は、ベルトコンベアにより行うことが好ましい。このように固形化された炭化物が自動的に固形化物貯蔵容器４に収納される機能をもたせることにより、作業者の安全をより高めることができる。さらに、このベルトコンベアを放射能遮蔽効果を有する材料、例えば、鉛で覆うことにより、作業者の被爆は防止され、作業者がより安全に作業を行うことができる。

上記のように構成された放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車は、放射性物質で汚染された有機物の容積を、処理前の１／４０以下に減容することができる。

図１に示したものと同じ構成の処理システムを使用して、セシウムが含まれる有機物（落葉）の減容実験を実施した。
処理システムの概要は下記の通りである。
寸法：幅２．３ｍ×奥行き１．２ｍ×高さ１．８ｍ
総重量：約１，５００ｋｇ
処理能力：５０ｋｇ／ｈｒ
電力供給手段：２００Ｖ×三相
消費電力：８ｋｗ／ｈｒ（炭化処理部における熱分解温度を３５０℃とした場合）
過熱蒸気発生器：パルブラット（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金ステンレス箔、高電気抵抗、厚さ５０μｍ×幅３０ｍｍ、オパーツ株式会社製）を渦巻状に巻き込む際にアルミナ製絶縁シート（厚さ０．４ｍｍ）を併せて巻き込み、パルブラットの長手方向両端部にＮｉ端子電極を接合させた抵抗加熱方式ヒーターを水蒸気発生用及び過熱蒸気発生用にそれぞれ２個用意し、２系列で過熱蒸気を発生させた

セシウムが含まれる有機物を投入口に連続的に投入し、破砕処理部において有機物を破砕後に１５０℃に予備加熱し、炭化処理部において３５０℃で２０分間熱分解させ、続いて、固化処理部において水ガラスをバインダーとして添加（炭化物に対して１重量％添加）しつつ５０℃で５５ＭＰａの圧縮力で処理することにより、排出口から炭化固形化物が排出された。排出された炭化固形化物の容積は、処理前の１／４０に減容されていた。また、排ガス中のセシウム濃度を測定したところ検知されず、大気中へのセシウムの放出がないことが確認された。

１ 車両、２ 処理システム、３ 炭化減容装置、４ 固形化物貯蔵容器、５ 電力供給手段、６ 貯水タンク、７ チッパー、８ 投入口、９ 破砕処理部、１０ 過熱蒸気発生器、１１ 炭化処理部、１２ 固形化処理部、１３ 排出口、１４ 排ガス浄化手段、１５ 放射能遮蔽効果を有する材料、２０ ステンレス箔、２１ 多孔質電気絶縁膜、２２，２３ 加熱用電極、２４ 加熱用電源、２５ ウネリ、２６ 貫通孔、２７ ヨーク状の突起又はバリ。

Claims (10)

1. 放射性物質で汚染された有機物を連続的に減容する処理システムが搭載されたシステム車であって、
   前記処理システムは、
   放射性物質で汚染された有機物を投入する投入口、投入された有機物を破砕後に予備加熱する破砕処理部、過熱蒸気発生器から発生された過熱蒸気により有機物を熱分解して炭化する炭化処理部、炭化物を冷却しつつ圧縮して固形化する固形化処理部及び炭化処理に伴って発生する排ガスを浄化する排ガス浄化手段を有する炭化減容装置であって、装置全体が放射能遮蔽効果を有する材料で覆われている炭化減容装置と、
   前記固形化物を貯蔵する固形化物貯蔵容器と、
   前記炭化減容装置に駆動電力を供給する電力供給手段と、
   前記過熱蒸気発生器に供給する水を貯蔵する貯水タンクと
   を備えることを特徴とする放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
2. 前記過熱蒸気発生器は、波形又は凹凸状の山部及び谷部にヨーク状突起又はバリを周縁にもつ貫通孔が形成されるとともに、個々の波形又は凹凸に波面方向に断面形状を周期的に変化させたウネリが付けられたステンレス箔を渦巻き状に巻き込んだステンレス多孔体を備え、渦巻状に巻き込まれたステンレス箔の隣接する面の間に多孔質電気絶縁膜があり、ステンレス箔の長手方向両端部に加熱用電極が取り付けられている抵抗加熱方式ヒーターであることを特徴とする請求項１に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
3. 前記炭化減容装置は、前記固形化処理部内の炭化物に水ガラスをバインダーとして添加するバインダー添加手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
4. 前記固形化物貯蔵容器は、放射能遮蔽効果を有する材料を内張りしたステンレス製容器であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
5. 前記固形化物は、ベルトコンベアにより前記固形化処理部から前記固形化物貯蔵容器へと移送されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
6. 前記ベルトコンベアは、放射能遮蔽効果を有する材料で覆われていることを特徴とする請求項５に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
7. 前記処理システムは、周辺で集積された放射性物質で汚染された有機物を前記投入口に連続的に送り込むことのできる投入手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
8. 前記炭化処理部における熱分解は、２００℃〜４００℃の範囲内で行われることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
9. 前記固形化処理部における固形化は、室温〜１００℃の範囲内で２０ＭＰａ以上の圧縮力で行われることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。
10. 放射性物質で汚染された有機物の投入前容積が固形化後に１／４０以下に減容されることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の放射性物質汚染有機物の連続減容貯蔵システム車。

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