JP3736141B2 - イオン交換樹脂減容処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子力プラントにおいて廃棄物として生じるイオン交換樹脂の減容処理装置に係わり、特に、酸素含有雰囲気中の放電により生じる活性酸素を利用して灰化減容処理を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、特願平９−３７４７８号に出願されている高周波誘導コイルを利用した、従来のイオン交換樹脂減容処理装置の構成を摸式的に示す断面図である。本減容処理装置は、被処理用のイオン交換樹脂３を搭載したセラミックス製の処理皿４を内蔵する処理容器２、処理容器２と互いに連通して配されたドーム状の放電容器１、放電容器１の外側にドーム状に巻装された高周波誘導コイル８、処理容器２と放電容器１の内部を排気する減圧ポンプ６を組み込んだ排気配管７、および反応容器２と放電容器１の内部に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口５より構成されている。処理容器２は、高周波を遮断し活性酸素に耐性を有する金属材料であるアルミニウムにより形成されており、放電容器１は、高周波を通し活性酸素に耐性を有する電気絶縁材料である石英により形成されている。
【０００３】
本構成において、減圧ポンプ６により排気し、ガス導入口５より酸素を含むガスを導入して処理容器２の内部を減圧酸素雰囲気とし、高周波誘導コイル８に高周波発生器９から高周波電流を通電すると、放電容器１の内部に高周波磁界が発生し、電磁誘導の作用で放電が形成、維持され、活性酸素やイオンを生成する。この時、放電と高周波誘導コイル８の高周波電力とは誘導的に結合し、放電内部に発生する旋回方向に交播する誘導電界が電子を加速するので、放電内部に高周波電力が供給される。生成されたこれらの活性酸素やイオンは、ガス流や温度上昇による体積膨張によって開放端８から処理容器２の内部へと吹き出し、処理皿４に搭載されたイオン交換樹脂３へ達して作用し、効果的に灰化減容処理が進行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく従来の装置は優れた特徴を備えており、特に原子力設備からの廃棄物のイオン交換樹脂の減容処理に有効である。しかしながら、このように構成した装置においても、なお、以下のごとき問題点が残っている。
【０００５】
即ち、この構成の装置においては、収納したイオン交換樹脂の減容処理が終了したのち、次の減容処理を行うためには、処理容器をガス置換して大気圧とする操作、処理容器を開けて減容処理したイオン交換樹脂を取出す操作、次に減容処理するイオン交換樹脂をの収納操作、処理容器を閉めて排気ならびにガス供給により減圧酸素含有雰囲気とする操作が必要となるため、減容処理が間欠的となり処理能力が低く抑えられるとともに、多大の手数を必要とするという問題点があった。
【０００６】
また、上記のごとき方法により被処理物質の収納、排出操作が行われるので、放射性廃棄物を含むイオン交換樹脂あるいは有害物質の処理の際には、被爆の危惧なく安全に処理するために多大の注意を払う必要があった。
本発明の目的は、上記のごとき従来技術の難点を解消し、イオン交換樹脂を速い処理速度で効率的に減容処理することができ、またメンテナンスが簡単で、かつ放射性廃棄物を含むものにおいても安全に処理できるイオン交換樹脂減容処理装置を提供することにある。
【０００７】
【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、本発明においては、
被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する処理容器の内部を酸素含有雰囲気とし、巻装した高周波誘導コイルの電磁作用によって放電を発生させ、放電により生じた活性酸素を鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化処理するイオン交換樹脂減容処理装置において、
（１）上記の処理皿を、略水平方向に回転可能で、かつ略鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配するとともに、処理容器に、被処理イオン交換樹脂を外部より処理皿上へと供給するイオン交換樹脂供給手段と、減容処理したあとのイオン交換樹脂を処理皿上より外部へと排出するイオン交換樹脂排出手段を備えることとする。
【０００８】
（２）さらに、上記（１）において、イオン交換樹脂供給手段として、供給する被処理イオン交換樹脂を気密を保持して収納する供給室と、この供給室を処理容器に気密を保持して伸縮自在に連結する筒状の伸縮機構と、この伸縮機構の内側に、一端を供給室に連結して配された供給管と、この供給管を通して被処理イオン交換樹脂を供給室より処理皿上へ移送する移送手段を備えることとする。
（３）さらに、上記（２）のにおいて、供給室に、収納する被処理イオン交換樹脂を加熱する輻射加熱手段を備えることとする。
【０００９】
（４）さらに、上記（１）、（２）あるいは（３）において、イオン交換樹脂排出手段として、減容処理されたイオン交換樹脂を気密を保持して収納する回収室と、この回収室を処理容器に気密を保持して伸縮自在に連結する筒状の伸縮機構と、この伸縮機構の内部に、一端を前記回収室に連結して配された排出管と、この排出管を通して減容処理されたイオン交換樹脂を処理皿上より回収室へ回収する回収手段を備えることとする。
【００１０】
（５）さらに、上記（１）、（２）、（３）あるいは（４）において、内部を酸素含有雰囲気とするために処理容器に設けられた排気口の上端面を、処理皿に積載されるイオン交換樹脂の上端より高い位置に配し、かつ、酸素または酸素を含むガスを導入するガス導入口の下端面を、処理皿の下端より低い位置に配することとする。
【００１１】
上記（１）のごとくとすれば、外部より供給された被処理イオン交換樹脂は、イオン交換樹脂供給手段により、略水平方向に回転可能で、かつ略鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配された処理皿上へと分散して送られ、減容処理されたイオン交換樹脂は、移動ステージの動きに合わせて、イオン交換樹脂排出手段により、処理皿上より外部へと排出される。したがって、イオン交換樹脂を連続的に減容処理することができる。
【００１２】
特に、上記（２）のごとくイオン交換樹脂供給手段を構成すれば、伸縮機構が伸びれば、供給室と処理容器の間隔が広くなるので、一端が供給室に連結された供給管の他端は、処理容器、したがって処理皿より隔てられることとなり、伸縮機構が縮めば、供給管の他端は処理皿に近づくこととなる。したがって、伸縮機構を縮め、必要に応じて移動ステージの位置を調整し、移送手段を作用させれば、供給室に収納された被処理イオン交換樹脂を容易に処理皿上へと移送することができる。また、伸縮機構を伸ばせば、供給管を処理容器より隔離することができるので、供給管が処理容器での減容処理に影響を及ぼす恐れはなくなる。
【００１３】
また、上記（３）のごとくイオン交換樹脂供給手段の供給室に輻射加熱手段を備えれば、被処理イオン交換樹脂は、この輻射加熱手段により供給室において加熱され、脱水および脱ガスされ、熱分解反応が促進されたのち、処理皿上へと送られるので、より速い速度で減容処理できることとなる。
【００１４】
また、上記（４）のごとくイオン交換樹脂排出手段を構成すれば、伸縮機構が伸びれば、回収室と処理容器の間隔が広くなるので、一端が回収室に連結された排出管の他端は、処理容器、したがって処理皿より隔てられることとなり、伸縮機構が縮めば、排出管の他端は処理皿に近づくこととなる。したがって、伸縮機構を縮め、必要に応じて移動ステージの位置を調整して、回収手段を作用させれば、処理皿上の処理済みのイオン交換樹脂を回収室へと容易に回収することができる。また、伸縮機構を伸ばせば、排出管を処理容器より隔離することができるので、排出管が処理容器での減容処理に影響を及ぼす恐れはなくなる。
【００１５】
また、上記（５）のごとく、処理容器を酸素含有雰囲気とするために設けた排気口とガス導入口に対して、処理皿およびこれに積載されるイオン交換樹脂の位置を定めて減容処理することとすれば、ガスは処理皿の下部からイオン交換樹脂の上部へと流れることとなるので、放電活性種の流れの影となる処理皿の下部側裏面に熱分解気化ガスが滞留する恐れがない。したがって、不完全酸化物の凝縮によるタール等の発生が抑制され、効果的に減容処理されることとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第１の実施例の基本構成を摸式的に示す断面図である。
【００１７】
被処理用のイオン交換樹脂２０は、図示しない搬送手段、例えばベルトコンベアあるいはホッパー等により投入口２１へ搬送装入される。投入口２１の下部には、切出室２３を大気から遮断し、気密に保持するための開閉可能な投入弁２２が設けられ、装入されたイオン交換樹脂２０はこの投入弁２２により支持、閉止される。切出室２３には、図示しない真空排気配管ならびにガス供給配管が連結されており、これらの配管を用いて真空排気、ガス置換が行われる。切出室２３の下部には、供給室２５を大気から遮断し、気密に保持するための開閉可能な切出弁２４が設けられ、投入弁２２を開いて供給されるイオン交換樹脂２０はこの切出弁２４により支持、閉止される。供給室２５には、図示しない真空排気配管ならびにガス供給配管が連結されており、これらの配管を用いて真空排気、ガス置換が行われる。また、供給室２５には、処理容器１０の内部の移動ステージ１３上に載置した処理皿４Ａ上の所望の位置へとイオン交換樹脂２０を移送するための図示しない移送手段、例えばスクリュー方式あるいは押し出し方式の移送手段が内蔵されている。また、供給室２５は、伸縮自在の筒状の伸縮機構２８を介して処理容器１０に気密に連結されており、伸縮機構２８の内部には、供給弁２６を介して供給室２５に連結される供給管２７が配されている。供給管２７の処理容器１０の側の端部には、移送したイオン交換樹脂２０を処理皿４Ａ上へと送る供給口２９が備えられている。
【００１８】
処理容器１０には、側面上部に排気口１１が、また側面下部にガス導入口５Ａが設けられている。また、処理容器１０の内部には、移動機構１４と回転機構１５によって鉛直方向に移動可能で、軸を中心として回転可能に組み込まれた移動ステージ１３が備えられ、その上面にイオン交換樹脂を積載する処理皿４Ａが配されている。処理容器１０の上面には、平板窓１２が気密を保持して連結されており、平板窓１２の上部には、処理皿４Ａの積載面に対向して高周波誘導コイル８Ａが配されている。平板窓１２は、高周波を通し、かつ活性酸素に耐性のある電気絶縁性材料より形成する必要があり、本実施例では石英ガラスが用いられている。
【００１９】
処理容器１０の一方の側面には、伸縮自在の筒状の伸縮機構３０を介して回収室３４が気密に連結されており、伸縮機構３０の内部には、排出弁３３を介して回収室３４に一端が連結された排出管３１が配されている。排出管３１の処理容器１０の側の端部には排出口３２が備えられており、伸縮機構３０の伸縮および移動ステージ１３の位置調整によって、排出口３２を減容処理されたイオン交換樹脂の残さに対向させ、回収室３４に内蔵された図示しない回収手段、例えば吸引方式あるいは静電吸着方式等の回収手段を作動させることによって、減容処理したイオン交換樹脂の残さが回収室３４へと回収される。回収室３４の下部には、回収室３４と取出室３６との間の気密を保持し、減容処理したイオン交換樹脂の残さを貯溜するための開閉可能な回収弁３５が設けられ、これに隣接して、取出室３６が配置されている。回収室３４には、図示しない真空排気配管ならびにガス供給配管が連結されており、これらの配管を用いて真空排気、ガス置換が行われる。取出室３６には、イオン交換樹脂の残さを貯蔵するための容器３７が設置されている。容器３７の上部には、図示しない案内機構が設けられており、回収室３４から落下したイオン交換樹脂の残さは、容器３７の内部に挿入される。さらに、取出室３６には、容器３７を密閉するための密閉手段が設けられており、容器３７がイオン交換樹脂の残さで満たされると密閉される。また、取出室３６には、図示しない真空排気配管ならびにガス供給配管が連結されており、これらの配管を用いて真空排気、ガス置換が行われる。さらに、取出室３６には密閉した容器３７を外部に取出すための取出弁３８を備えている。
【００２０】
本構成のイオン交換樹脂減容処理装置においては、以下のように減容処理が行われる。まず、蓋の開いた空の容器３７を取出室３６に配置したのち、投入弁２２、切出弁２４、回収弁３５、取出弁３８を閉じる。次いで排気口１１を通して処理容器１０の内部を真空に排気し、ガス導入口５Ａより酸素あるいは酸素を含むガスを供給して所定の圧力とする。次に、供給室２５と回収室３４を真空に排気する。次に、被処理用のイオン交換樹脂２０を投入口２１へ搬送装入する。次いで投入弁２２を開き切出室２３へ落下させ、所定の処理量に切出す。次に投入弁２２を閉じ、切出室２３を真空排気する。所定の圧力に達したのち切出弁２４を開き、イオン交換樹脂２０を供給室２５に落下させる。次に、供給室２５の内部に不活性ガスを導入し、供給室２５に内蔵された図示しない攪拌手段により攪拌して、イオン交換樹脂２０の脱水および脱ガスを促進する。また、処理容器１０内部の酸素、活性酸素、イオン等が供給室２５側に混入しないように、供給室２５の圧力が処理容器１０の内部の圧力より高くなるよう調整する。次いで、移動機構１４により移動ステージ１３を鉛直方向上方へと移動させ、移動ステージ１３に搭載した処理皿４Ａを所定の位置に設定する。この状態で、回転機構１５により移動ステージ１３、したがって処理皿４Ａを回転させる。ついで、伸縮機構２８を収縮させて供給管２７の供給口２９を処理皿４Ａの上に移動させ、供給弁２６を開けて、供給室２５内のイオン交換樹脂２０を移送手段により処理皿４Ａ上へと供給する。処理皿４Ａ上への所定量のイオン交換樹脂２０の搭載が完了すると供給弁２６を閉じる。次いで、移動機構１４により移動ステージ１３を鉛直方向下方へと移動させ、また伸縮機構２８を延伸させて、供給管２７の先端をイオン交換樹脂２０の減容処理に影響を及ぼさない位置へと移動させる。そののち、必要に応じて移動機構１４を調整し、イオン交換樹脂２０を搭載した処理皿４Ａを所定の位置に配置する。次に、処理容器１０の内部を酸素含有雰囲気とし、高周波発生器９から高周波誘導コイル８Ａへと高周波電流を通電すると、処理容器１０の内部に放電が形成、維持され、活性酸素やイオンが生成し、これによってイオン交換樹脂２０の減容処理が行われる。このとき、回転機構１５により移動ステージ１３、したがって処理皿４Ａを回転させながら処理すれば、イオン交換樹脂２０はより均一に減容処理されることとなる。また、処理皿４Ａの下端を少なくともガス導入口５Ａの下端より高い位置とし、かつ、処理皿４Ａに搭載されたイオン交換樹脂２０の上端が少なくとも排出口１１の上端より低い位置となるようは設置すれば、ガスは処理皿４Ａの下側からイオン交換樹脂２０の上側へと流れることとなるので、活性酸素等の流れの影となる処理皿４Ａの下側にガスが滞留する恐れがないので、不完全酸化物を生じることなく効果的に酸化減容処理されることとなる。
【００２１】
所定時間の減容処理が終了すると、移動機構１４による鉛直方向の位置調整、伸縮機構３０の伸縮により水平方向の位置調整、回転機構１５による周方向の位置調整によって、排出管３１の排出口３２を処理皿４Ａ上の所望の位置に合わせ、排出弁３３を開け、回収手段によって減容処理後の残さを回収室３４へと回収する。次いで、伸縮機構３０、移動機構１４、回転機構１５により排出管３１と移動ステージ１３を所定位置へと戻したのち、排出弁３３を閉じる。回収室３４に所定量の残さが堆積すると、回収室３４を大気に戻し、そののち回収弁３５を開いて、残さを取出室３６の内部の容器３７へと落下させる。以上の回収操作を繰り返して、容器３７が残さで満たされると、密閉手段により容器３７を密閉し、取出室３６の内部雰囲気を大気に置換した後、取出弁３８を開けて密閉した容器３７を外部に取出す。その後、空の容器３７を新たに取出室３６の内部に設置する。
【００２２】
以上の操作を繰り返すことによって、本構成のイオン交換樹脂減容処理装置においては、イオン交換樹脂の減容処理を連続的に効率よく行うことができる。
図２は、本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第２の実施例の基本構成を摸式的に示す断面図である。
【００２３】
本実施例の構成の第１の実施例との相違点は、供給室２５の底部に加熱窓４１が設けられ、この加熱窓４１に対向して、輻射によって供給室２５に内蔵するイオン交換樹脂を加熱する加熱ランプ４２が配されていることにある。したがって、本構成では、含水した被処理用のイオン交換樹脂２０をあらかじめ供給室２５において脱水、脱ガスすることができるので、乾燥時間が短縮される。また加熱により温度を上げた後処理容器１０へと供給することが可能となるので、反応速度が上がり、処理時間が短縮されることとなる。
【００２４】
【発明の効果】
上述のごとく、本発明によれば、
（１）イオン交換樹脂減容処理装置を請求項１に記載のごとく構成することとしたので、処理毎に処理容器を大気から真空へ、あるいは真空から大気へと移行させる必要がなくなり、また、処理容器のみならず、イオン交換樹脂を供給する装置、ならびに処理により生じた残さを回収する装置も気密に保持されるので、イオン交換樹脂を速い処理速度で効率的に減容処理することができ、またメンテナンスが簡単で、かつ放射性廃棄物を含むものにおいても安全に処理できるイオン交換樹脂減容処理装置が得られることとなった。
【００２５】
（２）また、イオン交換樹脂減容処理装置を請求項２に記載のごとく構成することとすれば、処理容器の内部においてより効率的に酸化減容処理が行われるので、速い処理速度で効率的に減容処理でき、またメンテナンスが簡単で、かつ放射性廃棄物を含むものにおいても安全に処理できるイオン交換樹脂減容処理装置としてより好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第１の実施例の基本構成を摸式的に示す断面図
【図２】本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第２の実施例の基本構成を摸式的に示す断面図
【図３】高周波誘導コイルを利用した従来のイオン交換樹脂減容処理装置の構成を摸式的に示す断面図
【符号の説明】
４Ａ 処理皿
５Ａ ガス導入口
８Ａ 高周波誘導コイル
９ 高周波発生器
１０ 処理容器
１１ 排気口
１２ 平板窓
１３ 移動ステージ
１４ 移動機構
１５ 回転機構
２０ イオン交換樹脂
２５ 供給室
２６ 供給弁
２７ 供給管
２８ 伸縮機構
２９ 供給口
３０ 伸縮機構
３１ 排出管
３２ 排出口
３３ 排出弁
３４ 回収室
３６ 取出室
３７ 容器
３８ 取出弁

Claims (2)

1. 被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する処理容器の内部を酸素含有雰囲気とし、巻装した高周波誘導コイルの電磁作用によって放電を発生させ、放電により生じた活性酸素を鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化処理するイオン交換樹脂減容処理装置において、
   前記処理皿が、略水平方向に回転可能、かつ略鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配され、処理容器が、被処理イオン交換樹脂を外部より前記処理皿上に供給するイオン交換樹脂供給手段と、減容処理されたイオン交換樹脂を処理皿上より外部に排出するイオン交換樹脂排出手段を備えて構成されており、
   前記イオン交換樹脂供給手段が、供給する被処理イオン交換樹脂を気密に保持して収納する供給室と、該供給室を処理容器に気密に保持して伸縮自在に連結する筒状の伸縮機構と、該伸縮機構の内側に、一端を前記供給室に連結して配された供給管と、該供給管を通して被処理イオン交換樹脂を供給室より処理皿上へ移送する移送手段を備えてなり、
   前記供給室に、収納する被処理イオン交換樹脂を加熱する輻射加熱手段が備えられており、
   前記イオン交換樹脂排出手段が、減容処理されたイオン交換樹脂を気密に保持して収納する回収室と、該回収室を処理容器に気密に保持して伸縮自在に連結する筒状の伸縮機構と、該伸縮機構の内側に、一端を前記回収室に連結して配された排出管と、該排出管を通して減容処理されたイオン交換樹脂を処理皿上より回収室に回収する回収手段を備えてなることを特徴とするイオン交換樹脂減容処理装置。
2. 内部を酸素含有雰囲気とするために前記処理容器に設けられた排気口の上端面が、前記処理皿に積載されるイオン交換樹脂の上端より高い位置に配され、かつ、酸素または酸素を含むガスを導入するガス導入口の下端面が、前記処理皿の下端より低い位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂減容処理装置。

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