JPS6338680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高放射性排棄物を含むガラス融液をセ
ラミツク融解炉から最終貯蔵容器へ充てんする装
置に関する。

目下のところまだ研究過程にある高放射性排棄
物（HAW）のガラス化に電気的直接加熱セラミ
ツク融解炉を使用する場合、現在まではガラス融
液を最終貯蔵容器へ充てんするため主として下記
の２つの方法が使用された（C.C.Cha―pman J.
L.Buelt“The use of contin―uous glass
melter in immobilization of radioactive
defense waste”PNL―SA―6867、1978年
USA；W.Heimerl“Neue wege zur Verglasung
hochradio―aktiver Abfalle”Chemie
Technik、5.Jahrgang 1976年No.10、407〜410ペ
ージ；F.Kaufmann et al“Keramiscne
Schmelzanlage zur Verfestigung von HAW―
Lo¨sungen in Borosilikatglas”
Atomwirtschaft22（７／８）389〜390ページ1977
年７月／８月参照）。

１ 底部排出系、 ２ 溢流系。

底部排出系は原理的には炉底の孔からなり、こ
の孔の中でガラスは冷却によつて凝固し、または
加熱によつて融解する（凝固閉鎖）。

溢流系の場合融液は第２室または通路を介して
排出される。第２室または通路は炉底で主室と連
絡している。

１定の液面を超えるとガラスは流出する（連通
管の原理）。両系ともその原理に基く種々の欠点
を有し、この欠点はとくにホツトセルで遠隔操作
を使用する際重要である。

底部排出系の欠点は下記のとおりである： １ 事故の際、完全に無制御な炉の排出が考えら
れる。

２ 寿命が短かすぎ、個々の場合に十分正確に予
想できない（材料の問題）。

３ インコネルを使用する場合、作業温度は出口
の破損温度より約100℃しか低くならない。

４ 遠隔操作による交換作業がきわめて困難であ
る（炉の下面での操作）。

５ 耐火ライニングからの十分大きい破片によつ
て排出口の閉塞が生じうる。

６ 炉底排出口の周期的加熱および冷却によつて
炉床耐火レンガが大きい応力にさらされる。溢
流系の欠点は下記のとおりである。： １ 主室と溢流計の間でつねに完全な圧力平衡
が保証されなければならない。さもなければ
ガラスの無制御の流出が可能である。

２ 沈積物が形成され、最終的には溢流口が閉
塞される。通過量が小さい場合、出口内の上
向流れが非常に小さいため溢流口自体の中の
沈積も避けられない。

３ 排出速度は単位時間当りのガラス製造量の
範囲にある。そのため最終貯蔵容器の充てん
過程は緩漫である。

４ 最終貯蔵容器の交換は問題である（連続的
ガラス流出の場合）。

５ 炉の完全な排出のため底部出口が必要であ
る。

本発明の目的は前記方式の装置を公知充てん技
術の欠点を避け、充てんがもつと簡単確実になる
ように形成することである。

この目的は最終貯蔵容器が吸引管を有し、この
吸引管が融解炉内に形成された導入孔を介してガ
ラス融液へ導入可能であり、かつ場合により付加
的に真空ポンプまたは他の真空源へ接続するため
の排気口を備えることによつて解決される。

本発明の装置は技術水準に比して多数の利点を
有する。各最終貯蔵容器はそれぞれの充てん系
（吸引管）を備える。それゆえ炉に固定的に設置
した系の交換は必要でない。作業時間は非常に短
く形成することができるので、吸引管の材料の問
題が生じない。本発明により沈積物は吸引によつ
て容易に除去されるので、支障が生じない。最終
貯蔵容器の過充てんはもはやあり得ない。充てん
過程の間の液面制御は必要がない。ガラス融液を
閉鎖した最終貯蔵容器へ吸引することによつて排
ガス問題が避けられる。出口に付加的加熱および
（または）冷却系を備える必要もない。排出すな
わち吸出過程が中断した場合、何も起こらないの
で、これは不利に作用しない。これはたとえば最
終貯蔵容器内を十分な減圧が支配していない場合
である。このような場合簡単に次の容器が使用さ
れる。本発明の装置により著しく作業安全性が改
善され、充てん技術が簡単化される。

本発明の装置は各セラミツク炉の非常事態の場
合、たとえばすべての他の常用排出装置の事故ま
たは沈積物形成の場合にも使用することができ
る。本発明の装置は溢流系を有する炉の完全な排
出に使用することができる。その前提は炉の上部
に適当な孔が存在することだけである。

本発明の装置の有利な実施態様は特許請求の範
囲第２項〜第１８項に記載される。

次に本発明を図面により説明する。

第１図はＵ形吸引管４を有する最終貯蔵容器２
を示し、この管は吸引側６が比較的低温で融解す
るガラスの閉鎖プラグ８で閉鎖される。最終貯蔵
容器へ開口する吸引管４の脚１０に最終貯蔵容器
を排気するため真空ポンプまたは他の真空源へ接
続するための閉鎖可能の接続口１２が配置され
る。接続口は第１３および第１６図のように吸引
管とは別に直接最終貯蔵容器に配置し、またはま
つたくなくてもよい。その際排気はガラス閉鎖プ
ラグ設置の前に吸引管を介して行われる。吸引管
は第１１図に示すように種々の位置に破壊容易部
を備えることができる。この破壊容易部の目的は
第１１図に関連して説明する。

第２図はガラス閉鎖プラグ１６を挿入した第１
図吸引管４の吸引孔１４を示す。吸引管の吸引孔
の範囲の内壁は１部除去されてリング状の肩１８
が形成される。この肩へガラス板の形のガラス閉
鎖プラグ１６が接着される。吸引孔１４を融解炉
内のガラス融液へ浸漬すると、ガラス閉鎖プラグ
の低融点ガラスは融解し、それによつて融解室か
ら最終貯蔵容器へのガラス融液の通路が開放され
る。

第３図は断熱用外壁２２およびセラミツク内壁
２４で２層に形成されたセラミツク融解炉２０を
示す。セラミツク壁はガラス融液２８が存在する
融解室２６を包囲する。融解炉２０は全面的に閉
鎖して形成される。炉の上部へ排ガス管３０およ
び最終貯蔵容器の吸引管用の導入孔３２が開口す
る。導入孔３２から管３４が下へガラス融液２８
へ突入する。管３４内に第８〜１０図によつて詳
述する可撓性閉鎖体３６が配置される。管３４か
ら分岐管３８が排ガス管３０へ通ずる。これは第
４図に詳細に示され、この図では第３図と同じ部
分には同じ参照番号を使用しているので、第３図
の説明を参照することができる。

第５図は融解炉４０のもう１つの実施例を示
す。融解炉４０はこの場合も断熱外壁４２および
セラミツク内壁４４を備える。ガラス融液４８を
含む融解室４６に対し付加的に別個の吸出室５０
が備えられ、この室の底部は隔壁５２内に設けた
結合通路５４を介して融解室と結合する。吸出室
５０へ導入孔５６から管５８が通じ、この管は第
４図実施例の場合のように可撓性閉鎖体６０を備
える。吸引管６４を有する最終貯蔵容器６２は充
てん位置に破線で示される。融解室４６から排ガ
ス管６６が外側へ導出される。

第６および７図でも同じ構成部分には同じ参照
番号を使用してある。第６および７図は断熱外壁
７０およびセラミツク内壁７２ならびにガラス融
液７６を保持する融解室７４を有する融解炉６８
を示す。導入孔７８から管８０が融解室へ通ず
る。

リフトテーブル８２上に吸引管８６を有する最
終貯蔵容器８４がある。

第６図には吸引管が導入孔７８から融解室７４
へ降下する準備状態の最終貯蔵容器がリフトテー
ブルの上昇位置に示される。

第７図は吸引位置（充てん位置）へ降下した最
終貯蔵容器８４を示す。図示の状態で融解室７４
のガラス融液７６は液面８８に達し、吸引管８６
を介して最終貯蔵容器へ充てんされたガラス融液
は液面９０に達する。液面８８および９０の相対
位置は最終貯蔵容器８４内の減圧の大きさおよび
容器と炉の相対位置による。

次に第８〜１０図について説明する。同じ構成
部分は同じ参照番号を有する。この図は融解炉の
導入孔または導入孔から融解室へ通ずる管の可撓
性閉鎖体９２を示す。９４は導入孔壁または管壁
を表わす。可撓性閉鎖体は羽根絞りの形を有す
る。吸引管導入の際、閉鎖体は吸引管９６の壁に
接し、その際第９図に示すように少し下へ押され
る。

第１１図は破壊容易部１０２を有する吸引管１
００を有する最終貯蔵容器９８を示す。吸引管を
断片１０４の形で分離した後、これらは第１１図
右側に示すように空の容器へ収容される。

第１２図は吸引管を分離し、ふた１０８を溶接
した後の容器１０６の上部を示す。

第１３〜１５図は吸引管を備える最終貯蔵容器
の他の実施例およびその融解炉への使用を示す。

第１３図は底部へ吸引管１１４および排気接続
口１１６を配置した最終貯蔵容器１１０を示す。
吸引管１１４の吸引孔１１８はガラスプラグ１２
０によつて閉鎖される。排気接続口１１６は場合
により第１３図の右側の実施例に示すように、な
くてもよい。その場合排気は吸引管１１４へガラ
ス閉鎖プラグを設置する前に行われる。

第１４および１５図は融解炉１２２に使用中の
第１３図の最終貯蔵容器を示す。明りようにする
ため第１４および１５図で同り構成部分には同じ
番号を使用している。

融解炉１２２はこの場合も断熱外壁１２４およ
びセラミツク内壁１２６からなる。融解炉内部に
は導入孔１３０から近づきうる融解室１２８があ
る。融解室１２８内にはガラス融液１３２があ
る。吸引管１３８を有する最終貯蔵容器１３４は
吊上装置１３６により融解炉１２２の導入孔より
上にある。

第１５図では最終貯蔵容器１３４は吸引管１３
８がガラス融液１３２へ浸漬するまで降下してい
る。第１５図は充てんした状態の最終貯蔵容器を
示す。ガラス融液１３２の１部１４０は最終貯蔵
容器内の減圧によつて吸引される。最終貯蔵容器
１３４の使用は第１５図に示す炉の形式に制限さ
れない。最終貯蔵容器はもちろん他の形式の炉、
たとえば第３および５図に示す炉２０および４０
の場合でも使用することができる。

第１６図はガラスプラグ１４８により吸引孔１
４６を閉鎖したＵ形吸引管１４４を備える最終貯
蔵容器のもう１つの実施例を示す。最終貯蔵容器
１４２は閉鎖しうる別個の排気接続口１５０を備
える。吸引管および排気接続口１５０は容器１４
２の上面に開口する。排気接続口１５０は第１６
図の第２実施例に示すように完全になくてもよ
い。その際排気はガラス閉鎖プラグ設置前にＵ形
吸引管を介して行われる。

第１７図はふた１５２を溶接した第１６図の最
終貯蔵容器の上部を示す。このふたは充てん過程
および吸引管１５４の分離終了後、吸引管１５４
および排気接続口１５６を蔽うため最終貯蔵容器
に直接溶接される。

第１３，１４および１５図の最終貯蔵容器はガ
ラス融液の密度に応じてとくに最大２〜３ｍの揚
程に使用可能である。たとえば1.2〜1.5ｍより長
い容器には第１，６，７および１６図による吸引
管を設置した最終貯蔵容器が有利である。この容
器は吸引管がガラス融液へ降下した後は炉の横に
ある。

セラミツク融解炉からの最終貯蔵容器の充てん
は下記のとおり行われる。最終貯蔵容器の吸引管
の吸引孔を第１，２，１３および１６図に示すよ
うにガラスプラグで閉鎖する。最終貯蔵容器を次
に（ホツトセルの外部の）コールド範囲で排気接
続口を介して排気し、排気接続口を閉鎖する。排
気接続口はなくてもよい。その場合排気はガラス
プラグ設置前に吸引管を介して行われる。容器は
これで充てん過程の準備を完了し、セルへ挿入す
ることができる。容器はセル内で正しい位置に配
置され、吸引管の吸引孔は第６および１４図に示
すように融解炉の導入孔の上にある。

次に最終貯蔵容器を第７および１５図に示すよ
うに融解炉の融解室の底部直上に吸引孔がくるよ
うに降下させる（底部より約２〜３cm上）。吸引
管が浸漬する位置の炉底の盆形の凹所（図示され
ず）によつて吸引孔は炉底レベル直上へ降下させ
ることができる。

吸引管を融解炉のガラス融液へ浸漬した後、吸
引孔を閉鎖するガラスプラグは融解する。最終貯
蔵容器を支配する減圧によつてガラス融液は融解
炉の融解室から吸入され、比較的短時間内に容器
を充てんする。吸引が迅速な場合、融解したガラ
スの潜熱は吸引管内のガラス融液の凝固を防ぐた
めに十分である。場合により付加的加熱系を使用
することができる。

所要の場合吸引過程を促進するため最終貯蔵容
器を補助真空系に接続することができる。

充てん過程終了後、吸引管はとくに第１３〜１
５図の実施例の場合、制御下の冷却によつて冷却
されるので、吸引管内にあるガラス融液は凝固し
てガラスのプラグを形成し、これによつて容器を
上昇する際容器からガラス融液の流出することが
防止される。通常ガラス閉鎖プラグを形成するた
めに充てん過程終了後の自然冷却で十分である。
次に容器を上昇し、徐冷し、特殊な分離セルへ挿
入する。この分離セル内で吸引管を分離および除
去する。これは第１１図に示す破壊容易部を設け
ることによつて容易に可能である。吸引管の分離
は機械的に、または焼切りによつて行われる。吸
引管は比較的薄肉の普通鋼から形成される。

吸引管分離後、最終貯蔵容器に第１２および１
７図に示すようにとくに溶接によりふたを設置す
る。

吸引管断片は第１１図に示すように空の最終貯
蔵容器に収容することができる。多数の容器の吸
引管を１つの最終貯蔵容器に収容することができ
る。容器に吸引管断片を充てんした後、この容器
をたとえばセメント、鉛、ガラス等で充てんする
ことができる。

前記吸引方法は融解炉の停止前にその完全排出
のために利用することができる。

ガラス融液の充てんに第１３〜１５図の実施例
の最終貯蔵容器を使用する場合、供給または吸出
は重力に抗して下から上へ行われるので、最終貯
蔵容器の長さに制限が生ずる。ガラス融液の密度
に応じて吸引高さは最大２〜３ｍである。

第１，６，７および１６図の実施例の最終貯蔵
容器を使用する場合、この容器は吸引の間融解炉
の横に配置されるので、充てん過程には減圧に対
して付加的に重力もガラス融液の供給に利用され
る。最終貯蔵容器はこの場合著しく長く形成する
ことができる。

前記説明はつねに吸引管が最終貯蔵容器と固定
的に結合していることを前提としている。吸引管
を融解炉に固定的に設置し、炉から上へ突出させ
ることももちろん可能である。その際は最終貯蔵
容器を吸引管へ結合する適当な結合部材が必要と
なるだけである。さらに吸引管の外部加熱が必要
である。

本発明の前記説明はさらに吸引管を融解室へ浸
漬する前または最終貯蔵容器を吸引管へ接続する
前に最終貯蔵容器を排気することから出発してい
る。容器を排気前に吸引管へ接続し、または容器
の吸引管をガラス融液へ降下させ、次に初めて容
器を排気して吸引過程を導入することもできる。

図示の融解炉構造は不慮の流出に対し最適に保
護されている。炉底からガラス融液の液面より上
まで外部への孔および通路がない。融解炉は排出
に対し安全基準に従つて最適に設定されている。
場合により必要な導入孔での操作は上からガラス
融液の液面より上で行われる。

最後に１つの例を示す：長さ120cm、内径11cm
の最終貯蔵容器を使用した。この容器の材料とし
て特殊鋼３０４Ｌを選択した。容器は吸引管を備
え、全体としては第１３図の実施例に相当した。
吸引管をガラス融液へ浸漬してガラスプラグで閉
鎖した。プラグの凝固後、最終貯蔵容器をオイル
ポンプで排気し、５ミリバールより低い最終真空
に調節した。

次に容器の吸引管端を下へ、ホウケイ酸塩ガラ
ス融液を充てんしたセラミツク炉の上で、吸引管
が約28cm融液へ浸漬するまで下げた。ガラス融液
浴の深さは約30cmであつた。

約２分後、吸引管端（吸引孔）のガラスプラグ
は融解し、融液が吸入された。吸引時間約８分の
後、充てん過程は終了した。最終貯蔵容器は高さ
約100cmまでガラス融液で充てんされこれは充て
ん率約83％に相当した。

次に容器を再び上昇し、徐冷した。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸引管を有する最終貯蔵容器の側面
図、第２図は吸引管端の縦断面図、第３図は融解
室へ突入する管を有する融解炉の縦断面図、第４
図は第３図の管の出口範囲の詳細図、第５図は別
個の吸出室を有する融解炉の縦断面図、第６図お
よび第７図はリフトテーブル上の最終貯蔵容器の
充てん過程の前後を示す図、第８図は融解炉の吸
引管導入孔に設けた可撓性閉鎖体の平面図、第９
図および第１０図はその吸引管導入または引出の
際の縦断面図、第１１図は容易破壊部を有する吸
引管および分離した吸引管断片の収容を示す図、
第１２図は最終貯蔵容器上部に溶接したふたを示
す縦断面図、第１３図は底部に吸引管を備える最
終貯蔵容器の立面図、第１４図および第１５図は
第１３図の最終貯蔵容器の充てん前後を示す縦断
面図、第１６図は排気接続口を有するまたは有し
ない第１図類似の最終貯蔵容器の立面図、第１７
図は第１６図容器に充てんした後ふたの溶接を示
す縦断面図である。 ２…最終貯蔵容器、４…吸引管、８…閉鎖プラ
グ、１２…排気接続口、２０…融解炉、２２…断
熱壁、２４…セラミツク壁、２６…融解室、３０
…排ガス管、３２…導入孔、３６…可撓性閉鎖
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気可能の最終貯蔵容器２，６２，８４，９
   ８，１１０，１３４，１４２が融解炉から上向き
   に導出される管の自由端部分を含む吸引管４，６
   ４，８６，１００，１１４，１３８，１４４と結
   合し、この吸引管の自由端が融解炉２０，４０，
   ６８，１２２の上面に形成された導入孔３２，５
   ６，７８，１３０を介して上からガラス融液２
   ８，４８，７６，１３２へ導入可能であることを
   特徴とする高放射性排棄物を含むガラス融液をセ
   ラミツク融解炉から最終貯蔵容器へ充てんする装
   置。 ２ 吸引管１０，６４，８６，１００，１４４が
   Ｕ形に形成されている特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ３ 貯蔵容器が真空ポンプまたは他の真空源へ接
   続するための排気接続口１２，１１６，１５０を
   有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 排気接続口１２が吸引管１０に設置されてい
   る特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ 排気接続口１１６，１５０が最終貯蔵容器１
   １０，１４２に配置されている特許請求の範囲第
   ３項記載の装置。 ６ 吸引管１０，６４，８６，１１４，１３８，
   １４４，１００が少なくとも１つの破壊容易部１
   ０２を有する特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の装置。 ７ 最終貯蔵容器の吸引管１０，６４，８６，１
   ００，１１４，１３８，１４４のガラス融液に導
   入するための自由端（吸引孔）がガラスプラグ
   ８，１２０，１４８によつて閉鎖されている特許
   請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項
   に記載の装置。 ８ ガラスプラグ８が吸引管の端部１４に形成さ
   れたリング状の肩１８に接着したガラス板１６で
   ある特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９ ガラス板が吸引管の吸引孔の先端に接着され
   ている特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０ 吸引管が薄肉の鋼管からなる特許請求の範
   囲第１項から第９項までのいずれか１項に記載の
   装置。 １１ 導入孔３２，５６，７８，９４，１３０ま
   たは管３４，５８，８０，９４，１３１が可撓性
   閉鎖体３６，６０，９２を備えている特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 １２ 閉鎖体が閉鎖方向に前負荷された羽根―リ
   ング絞りの形を有する特許請求の範囲第１１項記
   載の装置。 １３ 最終貯蔵容器２，６２，８４，９８，１１
   ０，１３４，１４２，１０６のふたが１０８，１
   ５２溶接によつて閉鎖される特許請求の範囲第１
   項から第１２項までのいずれか１項に記載の装
   置。 １４ 最終貯蔵容器２，６２，８４，９８，１１
   ０，１３４，１４２がただ１つの接続口として吸
   引管４，６４，８６，１１４，１４４を有し、こ
   の吸引管を介して排気が行われ、吸引管を閉鎖す
   るためのガラス閉鎖プラグ８，１２０，１４８が
   排気に続いて真空下に設置または形成される特許
   請求の範囲第１項から第１３項までのいずれか１
   項に記載の装置。 １５ 融解炉が吸出ゾーンを形成するためガラス
   融液へ浸漬する管３４，５８，８０，１３１を備
   え、この管が導入孔３２，５６，７８，１３０の
   下に配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 １６ 管が結合管３８を介して融解炉の排ガス管
   ３０と結合している特許請求の範囲第１５項記載
   の装置。 １７ 融解炉４０が別個の吸出室５０を備え、こ
   の室が融解室４６と底部範囲で結合している特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 １８ 融解炉の下面および側壁がガラス融液面よ
   り上まで閉鎖している特許請求の範囲第１項記載
   の装置。