JP2954212B1 - Radioactive waste melting equipment - Google Patents
Radioactive waste melting equipmentInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 溶融炉容器の腐食や損傷を防止でき、且つ安
全性、信頼性が高く、設置スペースが少なくて済み、運
転やメンテナンスも容易に行えるようにする。
【解決手段】 冷却される溶融炉容器22と、その中で
加熱される溶融物28とが直接接触しない状態を維持し
つつ溶融処理する方式の高温溶融炉によって放射性廃棄
物を溶融処理する装置である。多数のヒートパイプ30
を、それらの蒸発部側を配列して溶融炉容器を構成し、
セル内に設置する。各ヒートパイプを延長して、それら
の凝縮部側をセル外に引き出し、各ヒートパイプの凝縮
部側に冷却手段(水冷配管34)を付設する。溶融炉容
器と溶融物との間に凝固物の層を形成しつつ、例えば高
周波誘導コイル34により誘導加熱する。ヒートパイプ
は、ナトリウムを作動流体として封入容器に封入した構
造が好ましい。Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent corrosion and damage of a melting furnace vessel, to have high safety and reliability, to reduce installation space, and to facilitate operation and maintenance. SOLUTION: An apparatus for melting and processing radioactive waste by a high-temperature melting furnace of a method of melting while maintaining a state in which a molten melting vessel container 22 to be cooled and a melt 28 to be heated therein are not in direct contact with each other. is there. Many heat pipes 30
To form a melting furnace vessel by arranging those evaporator sides,
Install in the cell. The respective heat pipes are extended, their condensing portions are drawn out of the cell, and a cooling means (water cooling pipe 34) is attached to the condensing portions of each heat pipe. While forming a solidified layer between the melting furnace vessel and the molten material, for example, induction heating is performed by a high-frequency induction coil 34. The heat pipe preferably has a structure in which sodium is sealed in an enclosure as a working fluid.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、放射性廃棄物を溶
融処理する装置に関し、更に詳しく述べると、溶融物が
直接溶融炉容器に接することなく且つ放射性物質管理区
画内で加熱することで安全に処理できる溶融処理装置に
関するものである。本装置は、特に、可燃物、金属、ガ
ラス、その他の難燃物など様々な種類の放射性固体廃棄
物を一括して減容・固化処理するのに最適である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for melting and processing radioactive waste, and more particularly, to a method for safely heating a melt without directly contacting a melting furnace vessel and in a radioactive material management section. The present invention relates to a melt processing apparatus that can perform processing. The present apparatus is particularly suitable for collectively reducing and solidifying various types of radioactive solid waste such as combustibles, metals, glass, and other flame retardants.
【0002】[0002]
【従来の技術】原子力関連施設等から発生する放射性雑
固体廃棄物は、発生量が多く、また可燃物、金属、ガラ
ス、その他の難燃物など、様々な種類の物質が混在して
いる。この放射性雑固体廃棄物は、発生施設によって放
射能レベルや混在比率が異なるため、一概に比較するこ
とはできない。しかし、例えば再処理施設における高レ
ベル固体廃棄物では、金属、木材、ウエス等が雑多に混
じった状態であり、その比率は、作業内容によって一様
ではないが、大まかには9割が金属、残りがガラス物
質、可燃物(ウエス等)、難燃物(ビニルシート等)と
考えられる。2. Description of the Related Art Radioactive miscellaneous solid waste generated from nuclear facilities and the like is generated in a large amount and contains various types of substances such as combustibles, metals, glass, and other flame retardants. The radioactive miscellaneous solid wastes cannot be unconditionally compared because the radioactivity levels and the mixing ratio vary depending on the generating facility. However, for example, in high-level solid waste in a reprocessing facility, metal, wood, waste, and the like are in a mixed state, and the ratio is not uniform according to the work content, but roughly 90% is made of metal, The remainder is considered to be glass materials, combustibles (such as rags), and flame retardants (such as vinyl sheets).
【0003】このため、このように廃棄物成分が明確に
分別されておらず、且つその混入比率も様々な放射性雑
固体廃棄物を、一括して簡便に処理(減容・固化)する
技術の開発が望まれていた。そこで、処理コストあるい
は環境負荷軽減の観点から、これらの放射性雑固体廃棄
物を高温で一括して焼却溶融するコールドクルーシブル
誘導溶融技術が提案されている(特開平7−63895
公報参照)。これは、溶融炉容器を冷却して溶融炉容器
の温度を低温に保つとともに、高温での溶融を実現し、
それによって溶融炉容器の内側に凝固物の薄い層(スカ
ル層)を形成して溶融炉容器に溶融物が直接接触しない
ようし、溶融炉容器の腐食や損傷を防止する技術であ
る。[0003] For this reason, there is a technique for simply and simply treating (volume reduction / solidification) radioactive miscellaneous solid wastes in which the waste components are not clearly separated and whose mixing ratio is various. Development was desired. In view of this, from the viewpoint of reducing the processing cost or environmental load, a cold crucible induction melting technique for collectively incinerating and melting these radioactive miscellaneous solid wastes at a high temperature has been proposed (JP-A-7-63895).
Gazette). This is to cool the melting furnace vessel and keep the temperature of the melting furnace vessel low while realizing melting at high temperature.
This is a technique for forming a thin layer (skull layer) of solidified material inside the melting furnace container to prevent the molten material from directly contacting the melting furnace container, thereby preventing corrosion and damage of the melting furnace container.
【0004】従来のコールドクルーシブル誘導溶融シス
テムの一例を図8に示し、その溶融炉の一例を図9に示
す。コールドクルーシブル誘導溶融装置10は、スリッ
トで分割した水冷式銅製の溶融炉容器12を、水冷式の
高周波誘導コイル14内に設置した構成である。溶融炉
12の底部及び側壁には冷却水通路16を設け、冷却水
が冷却水入口16aから流入し、冷却水出口16bから
流出するようにして、水冷するように構成する。溶融炉
12内に放射性雑固体廃棄物を投入する。そして冷却水
を循環させて溶融炉容器12を冷却し、高周波電源から
高周波誘導コイル14に高周波電流を供給する。FIG. 8 shows an example of a conventional cold crucible induction melting system, and FIG. 9 shows an example of the melting furnace. The cold crucible induction melting apparatus 10 has a configuration in which a water-cooled copper melting furnace vessel 12 divided by slits is installed in a water-cooled high-frequency induction coil 14. Cooling water passages 16 are provided at the bottom and side walls of the melting furnace 12 so that the cooling water flows in from a cooling water inlet 16a and flows out of a cooling water outlet 16b, thereby cooling the water. The radioactive miscellaneous solid waste is charged into the melting furnace 12. Then, the cooling water is circulated to cool the melting furnace container 12, and a high-frequency current is supplied from the high-frequency power supply to the high-frequency induction coil 14.
【0005】溶融炉容器12に投入された放射性雑固体
廃棄物のうち、その中に含まれている金属性物質は導電
性があるので、高周波誘導コイル14への高周波電流の
供給によって、該金属性物質中に電気が流れて誘導加熱
される。この発熱により、周囲の可燃物やガラスなどの
不燃物は間接的に加熱される。つまり、金属が溶融加熱
の起動源となる。混在する可燃物は燃焼して減容し、不
燃物は溶融する。ガラス物質は、溶融状態になると導電
性を呈するため、高周波誘導コイル14の高周波電流に
応答して電流が流れ、直接加熱される。このようにして
徐々に溶融領域が拡大し、やがて全体が溶融状態に達す
る。溶融物を符号18で示す。[0005] Among the radioactive miscellaneous solid waste put into the melting furnace container 12, the metallic substance contained therein is conductive. Electricity flows through the conductive material and induction heating is performed. This heat generation indirectly heats the surrounding inflammables such as combustibles and glass. That is, the metal is the starting source of the melting heating. The mixed combustibles are burned to reduce the volume, and the non-combustibles are melted. The glass material becomes conductive when it is in a molten state, so that a current flows in response to a high-frequency current of the high-frequency induction coil 14 and is directly heated. In this way, the melting area gradually expands, and eventually the whole reaches a molten state. The melt is designated by reference numeral 18.
【0006】放射性雑固体廃棄物のうち金属は、ある種
の条件が満たされれば電磁場の作用により金属自体に浮
上力が働くため溶融炉内壁には直接接触しない。またガ
ラス物質の場合は、溶融炉内壁との接触面が冷却によっ
て固体層(スカル層)19となり、溶融物18が炉材
(溶融炉容器壁)に直接接触しないため、溶融炉容器1
2の高温侵食を防止できる。また溶融炉自体は水冷され
ているため、その耐熱温度に制限されることもない。そ
のため、必要電力の供給により、任意の温度で放射性雑
固体廃棄物を溶融処理することが可能であり、極めて有
効な処理技術である。[0006] Among the radioactive miscellaneous solid wastes, the metal does not directly contact the inner wall of the melting furnace because a floating force acts on the metal itself by the action of an electromagnetic field when certain conditions are satisfied. In the case of a glass material, the contact surface with the inner wall of the melting furnace becomes a solid layer (skull layer) 19 by cooling, and the melt 18 does not directly contact the furnace material (melting furnace vessel wall).
2 can prevent high temperature erosion. Further, since the melting furnace itself is water-cooled, it is not limited to its heat-resistant temperature. Therefore, it is possible to melt and process radioactive miscellaneous solid waste at an arbitrary temperature by supplying necessary power, which is an extremely effective treatment technique.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術では、溶融炉容器の冷却に水を使用する
ため、万一、溶融炉容器から冷却水が漏洩して高温の溶
融物と接触すると、水蒸気爆発を起こす恐れがある。そ
のため、そのような事態にならないように、頻繁に検査
・整備を行わねばならないし、運転にも細心の注意が必
要となる。更に、万一の場合に備えて、防護壁の強化な
どの対策も必要となる。However, in the above-mentioned prior art, since water is used for cooling the melting furnace container, the cooling water leaks from the melting furnace container and may come into contact with the high-temperature molten material. This may cause a steam explosion. Therefore, inspection and maintenance must be performed frequently so that such a situation does not occur, and careful driving is required. Furthermore, measures such as strengthening of protective walls are also necessary in case of emergency.
【0008】また放射性廃棄物を焼却溶融することか
ら、放射性核種の閉じ込めのため、この種の溶融炉はセ
ルやグローブボックスなどの放射性物質管理区画内に設
置する必要がある。それに従来のコールドクルーシブル
誘導溶融炉をそのまま適用すると、溶融炉容器冷却のた
めに放射性物質管理区画内に多量の水を持ち込むことに
なる。従って、万一、冷却水系配管が破損した場合に
は、放射性物質管理区画内で漏洩した冷却水は二次廃棄
物として扱わねばならないことになり、その処理は困難
である。Further, since radioactive waste is incinerated and melted, it is necessary to install this type of melting furnace in a radioactive material management section such as a cell or a glove box in order to confine radioactive nuclides. If the conventional cold crucible induction melting furnace is applied as it is, a large amount of water will be brought into the radioactive material management section for cooling the melting furnace vessel. Therefore, if the cooling water piping is damaged, the cooling water leaked in the radioactive material management section must be treated as secondary waste, and the treatment is difficult.
【0009】またメンテナンス上でも、冷却水配管内部
に付着するスケールの定期的な除去が必要であり、手間
がかかる。あるいはスケール付着を抑制する目的で冷却
水に純水を用いるとしても、水質管理は必要であり、そ
のための浄化設備が必要となる。更に、冷却系配管が長
くなり、取り回しが複雑になるため、冷却水の圧損が増
大し、所要ポンプ動力も大きくなるし、設備を設置する
ために大きなスペースも必要となる。In addition, it is necessary to periodically remove the scale adhering to the inside of the cooling water pipe in maintenance, which is troublesome. Alternatively, even if pure water is used as the cooling water for the purpose of suppressing scale adhesion, water quality control is required, and a purification facility for that purpose is required. Further, since the cooling system piping becomes long and the handling becomes complicated, the pressure loss of the cooling water increases, the required pump power increases, and a large space is required for installing the equipment.
【0010】本発明の目的は、溶融炉容器の腐食や損傷
を防止でき、且つ安全性、信頼性が極めて高く、設備の
設置スペースが少なくて済み、運転やメンテナンスも容
易に行えるような放射性廃棄物の溶融処理装置を提供す
ることである。[0010] It is an object of the present invention to provide a radioactive waste that can prevent corrosion and damage of a melting furnace vessel, has extremely high safety and reliability, requires only a small installation space for equipment, and can be easily operated and maintained. An object of the present invention is to provide an apparatus for melting and processing an object.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、冷却される溶
融炉容器と、該溶融炉容器中で加熱される溶融物とが直
接接触しない状態を維持しつつ前記溶融物を溶融処理す
る方式の高温溶融炉によって放射性廃棄物を溶融処理す
る装置を前提とする。本発明では、多数のヒートパイプ
を、それらの蒸発部側を絶縁材を介して密に並設するこ
とで溶融炉容器を構成し、該溶融炉容器をセル内あるい
はグローブボックス内など放射性物質管理区画内に設置
し、各ヒートパイプを延長して、それらの凝縮部側を放
射性物質管理区画外に引き出し、各ヒートパイプの凝縮
部側に冷却手段を付設する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for melting a molten furnace while maintaining a state in which a molten furnace vessel to be cooled is not in direct contact with a melt heated in the molten furnace vessel. It presupposes an apparatus that melts radioactive waste with a high-temperature melting furnace. In the present invention, a melting furnace container is constituted by arranging a large number of heat pipes, the evaporating portions of which are densely juxtaposed with an insulating material therebetween. It is installed in a section, each heat pipe is extended, their condensing section side is drawn out of the radioactive material management section, and cooling means is attached to the condensing section side of each heat pipe.
【0012】溶融炉容器本体を別に用いる場合には、該
溶融炉容器本体の外側に、多数のヒートパイプの蒸発部
側を並設して溶融炉容器を構成する。その場合には、ヒ
ートパイプを密に並設してもよいし、間隔を開けて配列
してもよい。When the melting furnace vessel body is used separately, the melting furnace vessel is constituted by arranging a plurality of heat pipes side by side on the outside of the melting furnace vessel body. In that case, the heat pipes may be densely arranged side by side or may be arranged at intervals.
【0013】ヒートパイプとしては、例えばナトリウム
を作動流体とて封入容器に封入した構造のヒートパイプ
が好適である。また各ヒートパイプの凝縮部側に設ける
冷却手段としては、水冷配管を設けて水冷する方式があ
るが、その他、冷却器を設けて冷却媒体で冷却する方
式、フィンを設けて空冷する方式などでもよい。As the heat pipe, for example, a heat pipe having a structure in which sodium is used as a working fluid and sealed in a sealed container is preferable. Further, as a cooling means provided on the condensing portion side of each heat pipe, there is a method of providing water cooling by providing a water cooling pipe, but also a method of providing a cooler and cooling with a cooling medium, or a method of providing fins and air cooling. Good.
【0014】溶融炉容器に投入された放射性廃棄物は加
熱され溶融する。溶融炉容器自体もしくは溶融炉容器本
体の外側にはヒートパイプの蒸発部側が位置し、凝縮部
側には冷却手段が設けられているので、ヒートパイプが
溶融炉容器の熱を冷却手段へと輸送し、そこで冷却され
るため、溶融炉容器は効率よく冷却される。その際、溶
融物が炉材(溶融炉容器壁)に直接接触しない状態を保
っているため、溶融炉の高温侵食を防止できる。また溶
融炉自体も前記のように冷却されているため、その耐熱
温度に制限されることもない。そのため必要電力の供給
により、任意の温度で放射性雑固体廃棄物を溶融処理す
ることが可能である。The radioactive waste put in the melting furnace vessel is heated and melted. The evaporation part of the heat pipe is located on the melting furnace vessel itself or outside the melting furnace vessel body, and the cooling means is provided on the condensation part side, so the heat pipe transports the heat of the melting furnace vessel to the cooling means. Then, cooling is performed there, so that the melting furnace vessel is efficiently cooled. At this time, since the molten material is kept in a state where it does not directly contact the furnace material (melting furnace vessel wall), high-temperature erosion of the melting furnace can be prevented. Further, since the melting furnace itself is cooled as described above, it is not limited to its heat-resistant temperature. Therefore, by supplying the necessary power, it is possible to melt the radioactive miscellaneous solid waste at an arbitrary temperature.
【0015】冷却手段は、放射性物質管理区画の外に設
けられているため、それが例え水冷方式であって万一漏
洩しても、水蒸気爆発を起こすことは無く、廃棄物量が
増えることもない。Since the cooling means is provided outside the radioactive material management section, even if it is a water-cooled type, even if it leaks, it does not cause a steam explosion and the amount of waste does not increase. .
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る放射性廃棄物
の溶融処理装置の一実施例を示す概略図であり、図2は
その溶融炉部分の説明図である。この溶融処理装置は、
冷却される溶融炉容器22と、その外側に巻装した高周
波誘導コイル24により、前記溶融炉容器22の中で放
射性廃棄物を誘導加熱し、溶融炉容器22と溶融物28
とが直接接触しない状態を維持しつつ前記溶融物28を
溶融処理する方式である。本発明では、多数のヒートパ
イプ30を熱輸送手段として用い、それらの蒸発部側を
溶融炉容器22の側に位置させる。溶融炉容器22を放
射性物質管理区画であるセル内に設置し、ヒートパイプ
30はセル壁32を貫通してセル外に引き出し、各ヒー
トパイプ30の凝縮部側に冷却手段(ここでは水冷配管
34)を付設し、強制冷却するように構成している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a radioactive waste melting apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of a melting furnace portion thereof. This melt processing equipment
The radioactive waste is induction-heated in the melting furnace container 22 by the melting furnace container 22 to be cooled and the high-frequency induction coil 24 wound around the melting furnace container 22.
This is a method in which the melt 28 is melt-processed while maintaining a state in which the melt 28 does not directly contact. In the present invention, a large number of heat pipes 30 are used as heat transport means, and their evaporating units are located on the side of the melting furnace container 22. The melting furnace container 22 is installed in a cell which is a radioactive material management section, the heat pipe 30 penetrates the cell wall 32 and is drawn out of the cell, and a cooling means (here, a water cooling pipe 34) is provided on the condensing portion side of each heat pipe 30. ) Is attached so as to perform forced cooling.
【0017】高周波誘導コイル24に高周波電流を供給
することによって、溶融炉容器22内の放射性雑固体廃
棄物のうちの金属性物質に誘導電流が生じ溶融する。そ
の熱で可燃物は燃焼し、ガラス物質は溶融する。溶融し
たガラス物質は導電性を呈するので、誘導電流が生じ更
に溶融する。溶融炉容器22がヒートパイプ30によっ
て冷却されているため、溶融物28と溶融炉容器22と
の間には凝固物の薄い層(スカル層)29が形成され
る。そのため、高温の溶融物が直接溶融炉容器に接触す
ることがなく、溶融炉容器の腐食や損傷を防止できる。
このことは、特にセル等の内部に設置され、作業者が直
接アクセスすることが困難な放射性廃棄物を取り扱うシ
ステムでは、溶融炉のメンテナンスフリー化が図れ、運
転コストの大幅な低減が可能となる点で極めて有利であ
る。By supplying a high-frequency current to the high-frequency induction coil 24, an induction current is generated and melted in the metallic substance of the radioactive miscellaneous solid waste in the melting furnace container 22. The heat burns combustibles and melts the glass material. Since the molten glass material exhibits conductivity, an induced current is generated and further melts. Since the melting furnace container 22 is cooled by the heat pipe 30, a thin layer (skull layer) 29 of the solidified material is formed between the melt 28 and the melting furnace container 22. Therefore, the high-temperature melt does not come into direct contact with the melting furnace vessel, so that corrosion and damage of the melting furnace vessel can be prevented.
This is especially true for systems that deal with radioactive waste that is difficult to access directly, such as those installed inside cells, etc., which makes it possible to maintain the melting furnace free of charge and greatly reduce operating costs. Is very advantageous.
【0018】上記のように、本発明ではヒートパイプを
熱輸送手段として組み込み、溶融炉容器を冷却するよう
に工夫している。溶融物からの熱は、ヒートパイプに封
入した作動流体の蒸発潜熱を利用し、次に示すサイクル
で系外へ放出される。 ヒートパイプ壁の加熱→作動流体の蒸発(蒸発部
側)→蒸気の移動→凝縮部側での凝縮(放熱)→
作動流体の還流 凝縮部側は、溶融物と数種類の境界を介しているため、
万一、冷却水が漏洩しても水蒸気爆発に至る心配は全く
無い。また冷却水がセル内に入り込むこともない。ヒー
トパイプは、それ自体、静的な機器で、可動部を持たな
いことから、信頼性の高い冷却機構となる。As described above, in the present invention, a heat pipe is incorporated as a heat transport means, and a device for cooling the melting furnace container is devised. The heat from the melt is released to the outside in the following cycle using the latent heat of vaporization of the working fluid sealed in the heat pipe. Heat pipe wall heating → Evaporation of working fluid (evaporator side) → Transfer of steam → Condensation (condensation) at condenser side →
Reflux of the working fluid The condensing part side passes through the melt and several types of boundaries,
Even if the cooling water leaks, there is no fear of causing a steam explosion. Further, cooling water does not enter the cell. The heat pipe itself is a static device and does not have any moving parts, so that it becomes a highly reliable cooling mechanism.
【0019】上記の実施例では、冷却手段として水冷配
管を用いて強制水冷しているが、条件によっては図3に
示すように、フィン36を設けて空冷する方式でもよい
し、図4に示すように冷却器38を設けて冷却媒体で冷
却してもよい。図3及び図4のいずれも、セル内の溶融
炉の構成は前記図1と同様であってよいので、対応する
部材に同一符号を付し、それらについての説明は省略す
る。In the above embodiment, forced water cooling is performed using a water-cooled pipe as a cooling means. However, depending on conditions, a fin 36 may be provided and air-cooled as shown in FIG. 3 or shown in FIG. As described above, a cooler 38 may be provided for cooling with a cooling medium. In both FIGS. 3 and 4, the configuration of the melting furnace in the cell may be the same as that in FIG. 1 described above, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【0020】溶融炉容器は、例えば図5に示すように、
多数のヒートパイプ40を、それらの蒸発部側を電気絶
縁材(例えばマイカなど)42を介して密に並設するこ
とで構成してもよい。それらヒートパイプ40は、電気
絶縁性の結束バンド44を用いて容器状に保形する。つ
まり、この場合には、ヒートパイプ40自体が溶融炉容
器を構成している。従って、ヒートパイプの本数を調整
することで、任意の大きさ(直径)の溶融炉容器を製作
することが可能となる。このようにヒートパイプの結束
にバンドを用いると、炉容器の製作は容易である。The melting furnace container is, for example, as shown in FIG.
A large number of heat pipes 40 may be configured by closely arranging their evaporating sections on the side of an electric insulating material (such as mica) 42 closely. The heat pipes 40 are kept in a container shape using an electrically insulating binding band 44. That is, in this case, the heat pipe 40 itself constitutes a melting furnace container. Therefore, by adjusting the number of heat pipes, it becomes possible to manufacture a melting furnace container having an arbitrary size (diameter). When the band is used for binding the heat pipes, the furnace container can be easily manufactured.
【0021】多数のヒートパイプを密に並設する場合に
は、結束バンドを用いることなく、ヒートパイプ同士を
溶接などで互いに接合し組み立てることも可能である。
その場合には、接合(溶接)箇所は、誘導加熱に寄与し
ない部分(高周波誘導コイルを巻装した部分から上下方
向に外れた位置)とする。When a large number of heat pipes are densely arranged, it is possible to join the heat pipes together by welding or the like without using a binding band.
In this case, the joining (welding) portion is a portion that does not contribute to induction heating (a position vertically deviated from a portion around which the high-frequency induction coil is wound).
【0022】あるいは図6に示すように、溶融炉容器本
体50の外側に、多数のヒートパイプ52の蒸発部側を
並設して溶融炉容器を構成してもよい。Aに示すよう
に、ほぼ密な状態で並設してもよいし、Bに示すように
間隔を開けて並設してもよい。いずれにしても、それら
の外側には結束バンド54を設けて、ヒートパイプ52
が外れないようにするのがよい。このようにヒートパイ
プとは別に溶融炉容器本体を用いる場合には、溶融炉容
器の内側にスカル層が形成できるように熱バランスをと
る必要がある。また、この熱バランスの観点から、溶融
炉容器本体は、非導電性材料で構成することが好まし
い。Alternatively, as shown in FIG. 6, a plurality of heat pipes 52 on the side of the evaporator may be arranged outside the melting furnace vessel body 50 to constitute a melting furnace vessel. As shown in A, they may be juxtaposed in a substantially dense state, or may be juxtaposed at intervals as shown in B. In any case, a tying band 54 is provided on the outside thereof, and a heat pipe 52 is provided.
It is better not to come off. When the melting furnace container body is used separately from the heat pipe as described above, it is necessary to balance heat so that a skull layer can be formed inside the melting furnace container. Further, from the viewpoint of this heat balance, it is preferable that the melting furnace vessel main body is made of a non-conductive material.
【0023】上記の各実施例では、ヒートパイプは断面
円形であったが、それに限られるものではない。図7の
Aに示すように、ヒートパイプ60は断面ほぼ正方形状
としてもよい。このように、非円形とすることで、接触
面積を増加させ、伝熱性能の向上を図ることができる。
あるいは図7のBに示すように、ヒートパイプ62を断
面ほぼ台形状としてもよい。このようにすると、伝熱性
能が向上するばかりでなく、より一層結束し易くなる。
なお、これらにおいても、溶融炉容器を構成する部分あ
るいは溶融炉容器本体に接する部分以外の部分について
は、断面円形としてもよい。In each of the above embodiments, the heat pipe has a circular cross section. However, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 7A, the heat pipe 60 may have a substantially square cross section. As described above, the non-circular shape can increase the contact area and improve the heat transfer performance.
Alternatively, as shown in FIG. 7B, the heat pipe 62 may have a substantially trapezoidal cross section. This not only improves the heat transfer performance, but also makes it easier to bind.
Also in these, the section other than the portion constituting the melting furnace container or the portion in contact with the melting furnace container body may have a circular cross section.
【0024】ヒートパイプとしては、例えばナトリウム
を作動流体としてステンレス鋼製パイプ(封入容器)内
に封入したものが好適である。この組み合わせは、主に
ナトリウムの作動流体としての特性(メリット数で示さ
れる)が優れているためである。ステンレス鋼は工業的
に利用実績が豊富で比較的安価な材料であり、ナトリウ
ムとの共存性も良好である。作動温度1000K(72
7℃)以上では、10MW/m2 規模の除熱が可能であ
る。これは、直径1m以上の規模の溶融炉を有効断面積
10cm2 のヒートパイプで構成する場合、3MW程度の
除熱が可能であることを意味し、十分な除熱量を確保で
きることになる。但し、冷却条件さえ満足できれば、上
記ナトリウム封入ステンレス鋼製ヒートパイプに限ら
ず、種々の作動流体と封入容器材料の組み合わせでよ
い。ナトリウムを作動流体とする場合には、ナトリウム
との共存性が良好な材料として、ステンレス鋼の他に、
ニッケル、クロム及びニオブが知られており、熱的、機
械的特性やコスト条件によっては、これらを材料として
製造した封入容器を用いることもできる。なお、メリッ
ト数とは、次式で示される数値であり、この値が大きい
ほど作動流体として優れているとされる。 (メリット数)=(密度)×(表面張力)×(潜熱)/
(粘性率)As the heat pipe, for example, a pipe in which sodium is used as a working fluid and sealed in a stainless steel pipe (sealed container) is preferable. This combination is mainly because sodium has excellent characteristics as a working fluid (indicated by a merit number). Stainless steel is a relatively inexpensive material that has a good track record in industrial use, and has good compatibility with sodium. Operating temperature 1000K (72
Above 7 ° C.), heat removal on a 10 MW / m 2 scale is possible. This means that when a melting furnace having a diameter of 1 m or more is constituted by a heat pipe having an effective sectional area of 10 cm 2 , it is possible to remove heat of about 3 MW, and a sufficient amount of heat can be secured. However, as long as cooling conditions can be satisfied, not only the above-mentioned heat pipe made of sodium-filled stainless steel but also a combination of various working fluids and materials of the sealed vessel may be used. When sodium is used as the working fluid, as a material having good compatibility with sodium, in addition to stainless steel,
Nickel, chromium, and niobium are known, and depending on the thermal, mechanical properties, and cost conditions, a sealed container manufactured using these materials can also be used. The merit number is a numerical value represented by the following equation, and it is considered that the larger this value is, the better the working fluid is. (Number of merit) = (density) x (surface tension) x (latent heat) /
(Viscosity)
【0025】ところでナトリウムを作動流体として用い
る場合には、ナトリウムが導電性の液体金属であること
から、誘導電流の影響を評価しておく必要がある。高周
波誘導加熱時、ヒートパイプに生じる誘導電流は、その
表面に集中し、内部にいくに従って指数関数的に減少す
る(表皮効果)。計算の結果、誘導電流の浸透深さは1
mm程度であり、ヒートパイプの封入容器にのみ誘導電流
が作用すると考えられる。何らかの理由により電磁浸透
深さが深くなり、ナトリウム凝縮液に誘導電流が流れる
場合には、ある程度のジュール発熱はあるものの、封入
容器とナトリウムは電気的に一体物と見なせるため、ナ
トリウムに封入容器壁から離れる方向へ電磁力が作用す
ることはない。When sodium is used as the working fluid, it is necessary to evaluate the effect of the induced current because sodium is a conductive liquid metal. During high-frequency induction heating, the induced current generated in the heat pipe concentrates on its surface and decreases exponentially as it goes inside (skin effect). As a result of calculation, the penetration depth of the induced current is 1
mm, and it is considered that the induced current acts only on the enclosure of the heat pipe. If the electromagnetic penetration depth increases for some reason and an induced current flows through the sodium condensate, there is some Joule heating, but the encapsulation container and sodium can be regarded as electrically integrated, so the encapsulation container wall Electromagnetic force does not act in the direction away from.
【0026】また極端な場合として、封入容器壁から離
れたナトリウム液滴や液膜が存在すると、封入容器壁か
ら離れる方向に電磁力が作用することになり、ナトリウ
ムが封入容器の中央に集まって、壁面からの熱輸送に寄
与しなくなる事態も想定される。しかし、ヒートパイプ
では、壁内面にウイックが配置されているため、壁から
離れた液体ナトリウムへの電磁力は複雑に作用し、結果
としてナトリウムの流動が促進され、熱伝達を向上させ
るプラスの効果が期待できる。また蒸発部で生成した蒸
気やミスト状のナトリウムにも微視的には電磁力が作用
すると考えられるが、これらの凝縮部での駆動力はヒー
トパイプ軸方向のナトリウム圧力差であるので、蒸気や
ミスト状のナトリウムが電磁力の影響を受けヒートパイ
プ中央部に集まることがあっても、これらの蒸発部側か
ら凝縮部側への移動を妨げることはない。結論として、
ナトリウムを用いても作動流体としての機能が損なわれ
るような事態は生じない。In an extreme case, if a sodium droplet or a liquid film is present away from the enclosure wall, an electromagnetic force acts in a direction away from the enclosure wall, so that sodium gathers at the center of the enclosure. However, a situation in which the heat does not contribute to heat transport from the wall surface is also assumed. However, in the heat pipe, since the wick is arranged on the inner surface of the wall, the electromagnetic force on the liquid sodium away from the wall acts in a complicated manner, and as a result, the flow of sodium is promoted, and the positive effect of improving heat transfer Can be expected. Electromagnetic force is also considered to microscopically act on steam and mist-like sodium generated in the evaporator.However, since the driving force in these condensers is the sodium pressure difference in the heat pipe axial direction, Even if mist-like sodium collects at the center of the heat pipe under the influence of the electromagnetic force, it does not hinder the movement of the sodium from the evaporator to the condenser. In conclusion,
Even if sodium is used, a situation where the function as a working fluid is not impaired does not occur.
【0027】処理対象が放射性雑固体廃棄物の場合に
は、上記のように溶融炉容器と溶融物との間に凝固物の
層を形成しつつ前記溶融物を溶融処理する。処理対象が
放射性廃棄物でも金属材料のみの場合には、溶融するこ
とで、電磁力の作用で溶融金属が浮き上がり、溶融炉容
器と接触することなく空中で保持・溶融処理することも
可能である。また本発明は、上記のような誘導加熱方式
の溶融炉みならず、プラズマ加熱方式の溶融炉にも適用
可能である。When the object to be treated is radioactive miscellaneous solid waste, the melt is melted while forming a solidified layer between the melting furnace vessel and the melt as described above. When only radioactive waste is treated with metallic materials, the molten metal is lifted up by the action of electromagnetic force by melting, and it is possible to hold and melt in the air without contacting the melting furnace vessel. . The present invention is applicable not only to the induction heating type melting furnace as described above but also to a plasma heating type melting furnace.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明は、ヒートパイプによって除熱を
行い溶融炉容器を冷却するように構成した放射性廃棄物
の溶融処理装置であるから、従来技術のような直接水冷
式の溶融炉では危険性のあった万一の水蒸気爆発を根本
的に回避でき、安全性、信頼性が著しく向上する。その
結果、万一の水蒸気爆発に備えた防護壁や圧力解放装置
が不要となり、設備の設置面積を縮小でき、一次冷却の
ための動力が不要で、設備コストの低減が可能となる。
また設備のメンテナンスも容易である。The present invention is a radioactive waste melting apparatus configured to cool a melting furnace container by removing heat with a heat pipe. Therefore, a direct water-cooled melting furnace as in the prior art is dangerous. In the unlikely event that a steam explosion occurs, the safety and reliability can be significantly improved. As a result, there is no need for a protective wall or a pressure release device in the event of a steam explosion, so that the installation area of the equipment can be reduced, power for primary cooling is not required, and equipment costs can be reduced.
Also, maintenance of the equipment is easy.
【図1】本発明に係る溶融処理装置の一実施例を示す概
念図。FIG. 1 is a conceptual diagram showing one embodiment of a melt processing apparatus according to the present invention.
【図2】その溶融炉の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing an example of the melting furnace.
【図3】本発明に係る溶融処理装置の他の実施例を示す
概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing another embodiment of the melt processing apparatus according to the present invention.
【図4】本発明に係る溶融処理装置の更に他の実施例を
示す概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing still another embodiment of the melt processing apparatus according to the present invention.
【図5】溶融炉容器の構成例を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration example of a melting furnace container.
【図6】溶融炉容器の他の構成例を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing another configuration example of the melting furnace container.
【図7】ヒートパイプの断面形状の例を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a cross-sectional shape of a heat pipe.
【図8】従来の放射性雑固体廃棄物の溶融処理装置の一
例を示す概念図。FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a conventional radioactive miscellaneous solid waste melting apparatus.
【図9】その溶融炉の一例を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory view showing an example of the melting furnace.
22 溶融炉容器 24 高周波誘導コイル 28 溶融物 30 ヒートパイプ 32 セル壁 34 水冷配管 22 Melting furnace container 24 High frequency induction coil 28 Melt 30 Heat pipe 32 Cell wall 34 Water cooling pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河口 一郎 茨城県那珂郡東海村大字村松4番地33 核燃料サイクル開発機構東海事業所内・ 川崎重工業株式会社所属 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21F 9/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Ichiro Kawaguchi Ibaraki Prefecture Naka-gun, Tokai-mura, Oaza Muramatsu address 4 33 nuclear cycle development Institute Tokai plant, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. belongs to (58) investigated the field (Int.Cl. 6 , DB name) G21F 9/30
Claims (4)
中で加熱される溶融物とが直接接触しない状態を維持し
つつ前記溶融物を溶融処理する方式の高温溶融炉によっ
て放射性廃棄物を溶融処理する装置において、 多数のヒートパイプを、それらの蒸発部側を絶縁材を介
して密に並設することで溶融炉容器を構成し、該溶融炉
容器を放射性物質管理区画内に設置し、各ヒートパイプ
を延長して、それらの凝縮部側を放射性物質管理区画外
に引き出し、各ヒートパイプの凝縮部側に冷却手段を付
設することを特徴とする放射性廃棄物の溶融処理装置。1. A radioactive waste produced by a high-temperature melting furnace in which a melting furnace vessel to be cooled and a melt heated in the melting furnace vessel are not in direct contact with each other while the melt is melt-processed. In the apparatus for melting processing, a number of heat pipes, their evaporating parts side are densely arranged side by side via an insulating material to constitute a melting furnace container, and the melting furnace container is installed in the radioactive material management section A heat treatment apparatus for radioactive waste, characterized in that each heat pipe is extended, its condensing part side is drawn out of the radioactive material management section, and cooling means is provided on the condensing part side of each heat pipe.
中で加熱される溶融物とが直接接触しない状態を維持し
つつ前記溶融物を溶融処理する方式の高温溶融炉によっ
て放射性廃棄物を溶融処理する装置において、 溶融炉容器本体の外側に、多数のヒートパイプの蒸発部
側を並設して溶融炉容器を構成し、該溶融炉容器を放射
性物質管理区画内に設置し、各ヒートパイプを延長し
て、それらの凝縮部側を放射性物質管理区画外に引き出
し、各ヒートパイプの凝縮部側に冷却手段を付設するこ
とを特徴とする放射性廃棄物の溶融処理装置。2. A radioactive waste produced by a high-temperature melting furnace of a type in which a melting furnace to be cooled and a melt to be heated in the melting furnace are not in direct contact with each other while the melt is melt-processed. In the apparatus for melting processing, outside the melting furnace container body, the evaporation part side of a number of heat pipes are arranged side by side to form a melting furnace container, and the melting furnace container is installed in the radioactive material management section, An apparatus for melting radioactive waste, characterized in that the heat pipes are extended, their condensing sections are drawn out of the radioactive substance management section, and cooling means is provided on the condensing sections of each heat pipe.
する高周波誘導コイルにより、該溶融炉容器中の溶融物
を誘導加熱し、その際、溶融炉容器と溶融物との間に凝
固物の層を形成しつつ前記溶融物を溶融処理する方式で
ある請求項1又は2記載の放射性廃棄物の溶融処理装
置。3. A high-temperature melting furnace, wherein a high-frequency induction coil located outside the melting furnace container heats the melt in the melting furnace container by induction heating, and at that time, solidifies between the melting furnace container and the melt. 3. The apparatus for melting radioactive waste according to claim 1 or 2, wherein the apparatus is configured to melt-process the melt while forming a layer of the material.
として封入容器に封入した構造のヒートパイプである請
求項1乃至3のいずれかに記載の放射性廃棄物の溶融処
理装置。4. The radioactive waste melting treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat pipe is a heat pipe having a structure in which sodium is sealed in an enclosure as a working fluid.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110121750A (en) * | 2017-12-06 | 2019-08-13 | 原子能股份公司 | Radioactive waste treatment facility |
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