| 【発明の名称】 |
高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法及びその装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】千代 亮
【氏名】河口 一郎
【氏名】金井 和樹
【氏名】西村 元彦
【氏名】山崎 誠一郎
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| 【要約】 |
【課題】高周波加熱により溶融した非導電性セラミックキャニスタ内の金属溶湯に、無機廃棄物，金属廃棄物を投入して溶融した際に形成されるスラグ層の熱が非導電性セラミックキャニスタの外周面から逃げるのを防止してスラグ層の温度低下を防止し、スラグ層にさらに無機廃棄物，金属廃棄物を投入した際溶融できるようにして、非導電性セラミックキャニスタ内のスラグ層の上方に無駄な空間が生じないようにし、雑固体廃棄物の減容率を向上させることができるようにする。
【解決手段】非導電性セラミックキャニスタ内に金属廃棄物を投入し、高周波加熱により金属廃棄物を溶融し、その金属溶湯に無機廃棄物，金属廃棄物を投入して金属溶湯の熱により溶融するにおいて、前記非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層とその上側のスラグ層の境界付近から上方における非導電性セラミックキャニスタの外周面温度をスリーブ状の補償熱源により高め、或いは上記スラグ層の液面濃度を環状円板の補償熱源により高め、スラグ層を溶融状態に保持して、さらなる無機廃棄物，金属廃棄物の投入を行って溶融する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 非導電性セラミックキャニスタ内に金属廃棄物を投入し、高周波加熱により金属廃棄物を溶融し、その金属溶湯に無機廃棄物，金属廃棄物を投入して金属溶湯の熱により溶融するにおいて、前記非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層とその上側のスラグ層との境界付近から上方における非導電性セラミックキャニスタの外周面温度を補償熱源により高め、スラグ層を溶融状態に保持して、さらなる無機廃棄物，金属廃棄物の投入を行って溶融することを特徴とする高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法。
【請求項２】 請求項１記載の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法において、金属廃棄物／無機廃棄物の投入量が変わり、非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層とスラグ層の界面が大きく変化する場合、補償熱源を上下して、メタル層の過加熱を防止することを特徴とする高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法。
【請求項３】 非導電性セラミックキャニスタの外周に高周波発生装置に連なる高周波コイルが上下二段に配設され、雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層上側のスラグ層から上方における非導電性セラミックキャニスタの外周面温度を高める補償熱源が前記上段の高周波コイルの内周側に上下動可能に設けられていることを特徴とする高周波加熱による雑固体廃棄物溶融装置。
【請求項４】 非導電性セラミックキャニスタの外周に高周波発生装置に連なる高周波コイルが上下二段に配設され、雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層上側のスラグ層液面温度を高めるために、中央に廃棄物投入穴が穿設された環状円板の補償熱源が、非導電性セラミックキャニスタの上部内周面に水平に固設されていることを特徴とする高周波加熱による雑固体廃棄物溶融装置。
【請求項５】 請求項３又は４記載の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融装置において、補償熱源が高周波によって加熱されるセラミックコーティングの黒鉛発熱体，導電性のセラミック発熱体，セラミックコーティングの金属発熱体、通電により発熱する加熱ヒータのいずれかであることを特徴とする高周波加熱による雑固体廃棄物溶融装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所、原子力関係実験施設、核燃料取扱い施設等の放射性物質取扱施設から出る、不燃性の低レベル放射性雑固体廃棄物の溶融方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば原子力発電所から出る、不燃性の低レベル放射性雑固体廃棄物は、埋設処分することが計画され、埋設に当っては２００Ｌドラム缶に収納し、モルタル充填した形で行われるが、各電力会社ではドラム缶に収納する前に廃棄物を何らかの形で減容（体積を小さく）することを計画している。その方法の１つとして、高周波誘導加熱により廃棄物を溶融、減容する方法がある。
【０００３】従来の高周波誘導加熱による放射性廃棄物の溶融処理方法の１つとして、例えば特開平４−２８６９９８号公報に開示されたものがある。この高周波誘導加熱により放射性廃棄物の溶融処理方法は、図８に示す導電性セラミックキャニスタ２１の外周の誘導コイル２２に交流電流を流すことにより磁界を発生させ、導電性セラミックキャニスタ２１に誘導電流が流れ、発熱することを利用して、内部に投入した放射性非金属廃棄物と金属廃棄物を溶融する方法である。溶融物の入った導電性セラミックキャニスタ２１は自然冷却し、内部を完全に固化させる。この固化体はガラス層２３と金属層２４に分離する。そしてこの固化体はそのままドラム缶に装荷するためハンドリングが容易である。
【０００４】ところで、上記の高周波誘導加熱による放射性廃棄物の溶融処理方法においては、導電性セラミックキャニスタ２１が１回放射性廃棄物を溶融するたびに使い捨てとなるが、単価が高いためランニングコストが高くなっている。また、特殊なセラミックを使用するため、一般的なセラミックであるアルミナやムライト等に比べ強度が低い。そのためキャニスタの厚さを大きくしているが、その分２００Ｌドラム中にキャニスタが占める割合が増え、減容比（＝溶融処理する前のドラム缶本数／溶融処理した後のドラム缶本数）が小さくなってしまう。
【０００５】また、高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法として、図９のａに示すように非導電性セラミックキャニスタ２５の外周の高周波コイル２６による高周波加熱により非導電性セラミックキャニスタ２５内に投入した金属廃棄物２７を図９のｂに示すように溶融し、その金属溶湯（１６００℃程度）２８に図９のｃに示すように無機廃棄物（断熱材、コンクリート等）２９，金属廃棄物２７′を順次投入することで、これら無機廃棄物２９，金属廃棄物２７′を金属溶湯２８の熱で溶融する方法がある。これにより図９のｄに示すように金属溶湯（メタル層）２８の液面が上昇し且つスラグ層３０が形成される。
【０００６】ところで、上記の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法では、スラグ層３０が図１０に示すように厚くなった場合、スラグ層３０の熱が非導電性セラミックキャニスタ２５に流れ、外周面からの放熱が大となってスラグ層３０の表面（上面）の温度が低下し、無機廃棄物２９，金属廃棄物２７′をさらに投入しても溶融しない現象が起こる。従って、非導電性セラミックキャニスタ２５内のスラグ層３０の上方の空間３１が無駄な空間となり、廃棄物の減容率が低下する。また、スラグ層３０の表面（上面）の温度が低下し固化することにより、メタル−スラグ界面が固定されるため、非導電性セラミックキャニスタ２５が局部的に浸食される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、高周波加熱により溶融した非導電性セラミックキャニスタ内の金属溶湯に、無機廃棄物，金属廃棄物を投入して溶融した際に形成されるスラグ層の熱が非導電性セラミックキャニスタの外周面から逃げるのを防止してスラグ層の温度低下を防止し、スラグ層にさらに無機廃棄物，金属廃棄物を投入した際溶融できるようにして、非導電性セラミックキャニスタ内のスラグ層の上方に無駄な空間が生じないようにし、雑固体廃棄物の減容率を向上させることができるようにした高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法及びその装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法は、非導電性セラミックキャニスタ内に金属廃棄物を投入し、高周波加熱により金属廃棄物を溶融し、その金属溶湯に無機廃棄物，金属廃棄物を投入して金属溶湯の熱により溶融するにおいて、前記非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層とその上側のスラグ層との境界付近から上方における非導電性セラミックキャニスタの外周面温度を補償熱源により高め、スラグ層を溶融状態に保持して、さらなる無機廃棄物，金属廃棄物の投入を行って溶融することを特徴とするものである。
【０００９】上記の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法において、金属廃棄物／無機廃棄物の投入量が変わり、非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層とスラグ層の界面が大きく変化する場合、補償熱源を上下して、メタル層の過加熱を防止することが好ましい。
【００１０】上記の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法を実施するための本発明の雑固体廃棄物溶融装置の１つは、非導電性セラミックキャニスタの外周に高周波発生装置に連なる高周波コイルが上下二段に配設され、雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層上側のスラグ層から上方における非導電性セラミックキャニスタの外周面温度を高める補償熱源が前記上段の高周波コイルの内周側に上下動可能に設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】本発明の雑固体廃棄物溶融装置の他の１つは、非導電性セラミックキャニスタの外周に高周波発生装置に連なる高周波コイルが上下二段に配設され、雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ内に形成されるメタル層上側のスラグ層液面温度を高めるために、中央に廃棄物投入穴が穿設された環状円板の補償熱源が、非導電性セラミックキャニスタの上部内周面に水平に固設されていることを特徴とするものである。
【００１２】上記の各雑固体廃棄物溶融装置における補償熱源としては、高周波によって加熱されるセラミックコーティングの黒鉛発熱体，導電性のセラミック発熱体（例えばＳｉＣやＺｒＢ2 を主成分としたセラミック発熱体），セラミックコーティングの金属発熱体や、通電により発熱する加熱ヒータが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法及びその装置の実施形態を説明する。先ず、雑固体廃棄物溶融方法を行うための装置の１つを図１によって説明すると、１は非導電性セラミックキャニスタで、この非導電性セラミックキャニスタ１の外周に高周波発生装置２に連なる高周波コイル３ａ，３ｂが上下二段に配設されている。４、５は雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ１内に形成されるメタル層，スラグ層で、このメタル層４とその上側のスラグ層５との境界付近から上方における非導電性セラミックキャニスタ１の外周面温度を高めるための補償熱源６が前記高周波コイル３の内周側に上下動可能に設けられている。この補償熱源６を上下動させる手段としては、例えば補償熱源６の支持フレーム７に先端を連結した縦型シリンダー８があり、また図示せぬが補償熱源６の上端に連結した吊りワイヤーと補償熱源６の外周面に固設した位置決めピンとの組み合せがある。
【００１４】雑固体廃棄物溶融方法を行うための装置の他の１つは、図２に示すように雑固体廃棄物の溶融により非導電性セラミックキャニスタ１内に形成されるメタル層４の上側のスラグ層５の液面（上面）温度を高めるために、中央に廃棄物投入穴６ａが穿設された環状円板の補償熱源６′を、非導電性セラミックキャニスタ１の上部内周面に水平に固設したものである。
【００１５】図１の雑固体廃棄物溶融装置における補償熱源６の１つとしては、セラミック（例えばＳｉＣやＺｒＢ2 を主成分とする）のコーティングを施して酸化を防止し、空気中でも使用できるようにし、高周波によって加熱される例えばスリーブ形状の黒鉛発熱体があり、他の１つとしては、高周波によって加熱されるＳｉＣやＺｒＢ2 を主成分とした例えばスリーブ形状のセラミック発熱体があり、さらに他の１つとしては、金属の外側にセラミックをコーティングし、金属−セラミックの傾斜機能材とした例えばスリーブ形状の金属発熱体或いは炭素鋼をステンレス鋼、ジルコニウムでクラッドした例えばスリーブ形状の金属発熱体がある。これらの補償熱源６は、図１の上段の高周波コイル３ａに高周波をかけることにより加熱されるようにしてあり、加熱の度合（発熱量）はスリーブの寸法形状を変更したり、スリーブにスリットを設けたりすることで調整される。補償熱源６の別の１つとしては、通電により発熱（ジュール発熱）を起こす加熱ヒータがあり、この加熱ヒータは高周波の影響を最小とするため、過電流の流れにくい縦向きの棒状ヒータになされる。発熱の度合は通電量の増減により調整される。
【００１６】図２の雑固体廃棄物溶融装置における補償熱源６′の１つとしては、セラミック（例えばＳｉＣやＺｒＢ2 を主成分とする）のコーティングを施して酸化を防止し、空気中でも使用できるようにし、高周波によって加熱される環状円板の黒鉛発熱体があり、他の１つとしては、高周波によって加熱されるＳｉＣやＺｒＢ2 を主成分とした環状円板のセラミック発熱体があり、さらに他の１つとしては、金属の外側にセラミックをコーティングし、金属−セラミックの傾斜機能材とした環状円板の金属発熱体或いは炭素鋼をステンレス鋼、ジルコニウムでクラッドした環状円板の金属発熱体がある。これらの補償熱源６′は、図２の上段の高周波コイル３ａに高周波をかけることにより加熱されるようにしてあり、加熱の度合（発熱量）は環状円板の厚さや廃棄物投入穴６ａの内径を変更したりすることで調整される。
【００１７】次に前記のように構成された図１の雑固体廃棄物溶融装置によって本発明の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法について説明する。図３に示す非導電性セラミックキャニスタ１内に金属廃棄物１０を投入し、高周波発生装置２により発生させた高周波を下段の高周波コイル３ｂにかけて非導電性セラミックキャニスタ１内の金属廃棄物１０を高周波加熱により図４に示すように溶融し、その金属溶湯（１６００℃程度）１１に無機廃棄物１２，金属廃棄物１０′を順次投入して、金属溶湯１１の熱により溶融する。この雑固体廃棄物溶融方法において、熱源が非導電性セラミックキャニスタ１内の底部の金属溶湯１１のみであるため、非導電性セラミックキャニスタ１内に形成される図５に示すメタル層４の上位のスラグ層５が厚くなった場合、熱放散のためスラグ層５の上部の温度が低くなり、無機廃棄物１２を投入しても溶融しない現象が起こるが、本発明の雑固体廃棄物溶融方法では前記非導電性セラミックキャニスタ１内に形成されるメタル層４とその上位のスラグ層５との境界付近から上方における非導電性セラミックキャニスタ１の外周面温度を補償熱源６により高め、即ち上段の高周波コイル３ａに高周波発生装置２により発生させた高周波をかけて補償熱源６を加熱し、その補償熱源６の加熱によりスラグ層５の熱が非導電性セラミックキャニスタ１を通して外部へ逃げるのを防止して、メタル層４の温度を有効にスラグ層５に伝達し、該スラグ層５を溶融状態に保持して、さらなる無機廃棄物１２の投入を行って溶融する。かくして、非導電性セラミックキャニスタ１内のスラグ層５は図６に示すように十分に厚いものとなり、スラグ層５の上方に生じていた無駄な空間が大幅に減少し、キャニスタ容量を有効に生かすことができる。スラグ層５を溶融状態に保持して、無機廃棄物１２のみならず金属廃棄物１０′の投入を行って溶融した場合は、図７に示すようにメタル層４とスラグ層５の界面が変わるので、局部的な浸食が防止される。そしてこのように非導電性セラミックキャニスタ１内に投入する金属廃棄物／無機廃棄物の投入量が変わり、メタル層４とスラグ層５の界面が大きく変化する場合は、それに合わせて補償熱源６を縦型シリンダー８により上下動することにより、メタル層４の部分の過加熱を防止できる。また、予め補償熱源６を縦型シリンダー８により上下動すれば、種々の金属廃棄物／無機廃棄物比の雑固体廃棄物の溶融処理に対応できる。
【００１８】また、図２の雑固体廃棄物溶融装置による本発明の高周波加熱による雑固体廃棄物溶融方法も、上記の図１の雑固体廃棄物溶融装置による場合と同様に行われる。その際、非導電性セラミックキャニスタ１内に形成されるメタル層４の上位のスラグ層５が厚くなり、熱放散のためスラグ層５の上部の温度が低くなり、無機廃棄物を投入しても溶融しない現象が起るような場合は、スラグ層５の液面（上面）温度を補償熱源６′により高め、即ち上段の高周波コイル３ａに高周波発生装置２により発生させた高周波をかけて補償熱源６′を加熱し、その補償熱源６′の加熱によりスラグ層５の熱が非導電性セラミックキャニスタ１を通して外部へ逃げるのを防止して、メタル層４の温度を有効にスラグ層５に伝達し、該スラグ層５を溶融状態に保持して、さらなる無機廃棄物の投入を補償熱源６′の中央の廃棄物投入穴６ａから行って溶融する。かくして、非導電性セラミックキャニスタ１内のスラグ層５は十分に厚いものとなり、スラグ層５の上方に生じていた無駄な空間が大幅に減少し、キャニスタ容量を有効に生かすことができる。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明によれば、高周波加熱により溶融した非導電性セラミックキャニスタ内の金属溶湯に、無機廃棄物，金属廃棄物を投入して溶融した際に形成されるスラグ層の熱が、非導電性セラミックキャニスタの外周面から逃げるのを、その外周側に配した補償熱源により非導電性セラミックキャニスタの外周面温度を高めることにより、或いは非導電性セラミックキャニスタの上部内周面に水平に固設した環状円板の補償熱源により防止できるので、スラグ層を溶融状態に保持でき、スラグ層にさらに無機廃棄物，金属廃棄物を投入して溶融できる。従って、非導電性セラミックキャニスタ内のスラグ層の上方に生じていた無駄な空間が大幅に減少され、キャニスタ容量を有効に生かすことができ、雑固体廃棄物の減容率を向上させることができる。
【００２０】また、本発明によれば、非導電性セラミックキャニスタの外周側に配した補償熱源を上下動すれば種々の金属廃棄物／無機廃棄物比の雑固体廃棄物の溶融処理に対応でき、またその際溶融により形成されたメタル層とスラグ層の界面が大きく変化してもそれに合わせて予め補償熱源を上下動させているので、メタル層の過加熱を防止できる。そしてメタル層とスラグ層の界面が大きく変化するような金属廃棄物，無機廃棄物の投入を行い溶融処理することで、非導電性セラミックキャニスタの局部的な浸食を防止できる。
【００２１】さらに、本発明によれば、従来の導電性セラミックキャニスタでの放射性廃棄物の高周波誘導加熱による溶融処理に比し、キャニスタ厚さを薄くできるので、減容量が改善され、しかもキャニスタ単価を低く抑えることができるので、ランニングコストを低減できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００９７４
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年９月１３日（２０００．９．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４２９６
【弁理士】
【氏名又は名称】高 雄次郎
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| 【公開番号】 |
特開２００２−９０４９８（Ｐ２００２−９０４９８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年３月２７日（２００２．３．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２７８０６５（Ｐ２０００−２７８０６５） |
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