JP2015190840A - スラッジ容器 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内に沈殿したスラッジにおける固形分の冷却効果を高め、容器の構造健全性を向上させることが可能となるスラッジ容器を提供する。
【解決手段】本発明に係るスラッジ容器は、スラッジが導入される容器本体１０と、該容器本体１０内に設けられて、前記固形分２００が沈殿して収容される受け部１１と、該容器本体１０内における前記受け部１１の上方の上空間Ｓ１と該容器本体１０内における前記受け部１１の下方の下空間Ｓ２とを連通させる流路１２と、前記受け部１１を上下方向に貫通して、下端が前記下空間Ｓ２に開口するとともに、上端が前記上空間Ｓ１に開口する熱交換管１３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発熱性のあるスラッジを貯蔵する容器の冷却機能に関する。

例えば原子力施設では、処理の過程で放射性廃棄物等の発熱性を有したスラッジが発生する。このようなスラッジを安定して貯蔵するための容器として、スラッジ容器が用いられる。

放射性廃棄物のようなスラッジは、時間とともにスラッジと水が分離し、容器の底部に固形分が沈殿する。沈殿した固形分は徐々に固着して水の割合が減少し、固形分の発熱により発生した熱を逃がしにくくなる。
容器の底部に発熱性のある固形分が沈殿して発熱することにより、沈殿した固形分の温度が上昇し、その結果、固形分と接触する容器も加熱される。これにより、容器が劣化してしまう場合がある。
このような問題を回避するために、発熱性のある物質を耐熱材で受け止め、冷却水を注水して冷却を行う方法が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００９−２５７９２９号公報

特許文献１に記載の冷却方法では、熱伝導率の低いスラッジの場合、または、容器の底部に沈殿した固形分の量が多い場合には、沈殿した固形分の中心部にまで冷却水の冷却効果が届かず、固形分の熱を十分に逃がすことができない可能性がある。この結果、固形分により容器が加熱され、やはり容器に劣化が生じてしまうことがある。
本発明は、容器内に沈殿したスラッジにおける固形分の冷却効果を高めることが可能となるスラッジ容器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
本発明に係るスラッジ容器は、スラッジが導入される容器本体と、該容器本体内に設けられて、前記固形分が沈殿して収容される受け部と、該容器本体内における前記受け部の上方の上空間と該容器本体内における前記受け部の下方の下空間とを連通させる流路と、前記受け部を上下方向に貫通して、下端が前記下空間に開口するとともに、上端が前記上空間に開口する熱交換管とを備える。

このようなスラッジ容器では、受け部が容器本体の底部に向かって沈降する固形分を受け止める。これにより、容器本体に接触する固形分の量が減少し、固形分の発熱により容器本体が直接的に熱せられることが抑制される。
また、容器本体内の上空間と下空間とを水が流動可能となり、さらに沈殿した固形分の内部を貫通するように上区間とした空間とを連通させる熱交換管を介して、固形分と、熱交換管の内部を流通する水との間で熱交換が行われる。これにより、固形分は冷却され、熱交換管の内部を通る水は温められる。この結果、熱交換管の内部の水は上空間に向かって上昇し、熱交換管の内部から上昇した水によって押された上空間の水は、容器本体の内壁に沿って流路に流入し、流路より下空間へ流通する。これにより、容器本体内には定常的な冷却流が形成される。

また、本発明に係るスラッジ容器において、前記流路は、前記下空間の最下部における上下方向の高さが、他の位置の上下方向の高さよりも大きく形成されていてもよい。

このように流路が形成されることにより、固形分が流路を経由して水とともに容器本体の下空間へ流入し、容器本体の底部に沈殿したとしても、下空間の最下部における上下方向の高さ十分に確保される。このため、沈殿した固形分により流路が塞がれ、容器本体内の定常的な冷却流が妨げられることを抑制することが可能となる。

また、本発明に係るスラッジ容器は、前記熱交換管の外周面または内周面の少なくとも一方に設けられたフィンを備えてもよい。

このように熱交換管にフィンが設けられていることにより、熱交換管の表面積が大きくなる。これにより、熱交換管を介して行われる、熱交換管の内部を流通する水と、固形分との熱交換の効率が向上する。この結果、容器本体内の冷却流の形成を促進し、固形分の冷却効果を高めることが可能となる。

また、本発明に係るスラッジ容器は、前記流路が前記受け部と前記容器本体により画成されていてもよい。

このように流路が受け部と容器本体により画成されることにより、流路を形成するための管等を容器本体内または容器本体外に設ける必要がなくなり、スラッジ容器の構成を簡易なものとすることができる。この結果、スラッジ容器をコンパクトにすることが可能となり、設置面積が限られる施設においても設置が可能となる。また、スラッジ容器を製造する際に部品点数を減らし、生産コストを低減させることが可能となる。

本発明に係るスラッジ容器によれば、スラッジにおける固形分の冷却効果を高め、容器の構造健全性を向上させることが可能となる。

本発明の第一実施形態に係るスラッジ容器を示す模式的な上面図である。 本発明の第一実施形態に係るスラッジ容器の断面図であって、図１におけるＡ１−Ａ１断面図である。 本発明の第二実施形態に係るスラッジ容器の断面図であって、図１におけるＡ１−Ａ１断面図である。 本発明の第三実施形態に係るスラッジ容器の断面図であって、図１におけるＡ１−Ａ１断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係るスラッジ容器１００Ａについて、図１および図２を参照して説明する。
スラッジ容器１００Ａは、例えば放射性廃棄物等のスラッジを貯蔵するための容器である。

スラッジ容器１００Ａは、スラッジが導入される容器本体１０と、容器本体１０内に設けられ、スラッジにおける固形分２００が沈殿して収容される受け部１１と、容器本体１０内における受け部１１の上方の上空間Ｓ１および下方の下空間Ｓ２を連通させる流路１２と、受け部１１を上下方向に貫通する熱交換管１３を備える。

図１に示すように、容器本体１０は、軸線Ｏに沿って延びて両端が閉塞された円筒状に形成され、軸線Ｏが設置面と略水平となるように配置されている。
本実施形態において、容器本体１０は円筒状に形成されているが、この形状に限られることはなく、例えば多角形の角筒状に形成されてもよい。また、本実施形態において、容器本体１０は密閉型としているが、導入するスラッジの種類に応じて、例えば容器本体１０の上方が開口されていてもよい。

受け部１１は、図２に示すように、容器本体１０内において、容器本体１０の内周に沿って湾曲し、軸線Ｏ軸線Ｏに沿って延びる半円筒状に形成された、板状の部材である。受け部１１は、円弧側を容器本体１０の下方に向け、図示しない脚部に支持されて容器本体１０の内周面から空間を隔てて設けられる。容器本体１０の内部には、受け部１１によって、受け部１１の上方の上空間Ｓ１と、受け部１１の下方の下空間Ｓ２が画成される。
本実施形態において、受け部１１は半円筒状に形成されているが、この形状に限られることはなく、例えば、半角筒状に形成されてもよい。

流路１２は、容器本体１０内の上空間Ｓ１と下空間Ｓ２を連通させて、スラッジ内の水が流通する経路である。本実施形態においては、図２に示すように、容器本体１０と受け部１１により画成された下空間Ｓ２が流路１２として機能する。

熱交換管１３は、図２に示すように、受け部１１を上下方向に貫通し、下端が下空間Ｓ２に開口するとともに、上端が上空間Ｓ１に開口する、筒状の部材である。
また、図１に示すように、熱交換管１３は、容器本体１０内に間隔をあけて複数設けられている。

上述の容器本体１０においては、スラッジにおける固形分２００が時間とともに水と分離し、容器本体１０の下方に沈降する。沈降した固形分２００は、受け部１１の上に沈殿する。これにより、固形分２００が容器本体１０の底部に沈殿することが抑制され、容器本体１０に接触する固形分２００の量が減少する。この結果、固形分２００が発熱しても、容器本体１０を加熱することがなく、容器本体１０の構造健全性が保たれ、容器本体１０の破損等を抑制することができる。

また、熱交換管１３は、受け部１１を上下方向に貫通するとともに、受け部１１に沈殿した固形分２００を上下方向に貫通する。この構成により、熱交換管１３と接触する固形分２００と、熱交換管１３の内部の水との間で、熱交換管１３を介して熱交換が行われる。より詳細に説明すると、固形分２００は、熱交換管１３を介して熱交換管１３の内部の水により冷却される。同時に、熱交換管１３の内部の水は、熱交換管１３を介して固形分２００の熱により温められる。

温められた熱交換管１３内部の水は、熱交換管１３の上端に向かって上昇する。熱交換管１３の内部を上昇した水は、熱交換管１３の上端の開口部から容器本体１０の上空間Ｓ１に流入して上空間Ｓ１内の水を押し出す。押し出された上空間Ｓ１内の水は、容器本体１０の側面に沿って、流路１２に流入し、さらに容器本体１０の下空間Ｓ２へ向かって流れる。下空間Ｓ２に流入した水は、熱交換管１３の下端の開口部から再び熱交換管１３に流入する。このように、容器本体１０の内部を水が循環するようになり、熱交換管１３において温められた水は、循環する内に再び冷却され、図２に示すような定常的な冷却流Ｆが形成される。

この冷却流Ｆにより、熱交換管１３における熱交換を効果的に行うことが可能となる。この結果、固形分２００の熱を効率的に逃がすことができ、固形分２００の温度の上昇を抑えることが可能となる。これにより、容器本体１０が加熱されることが抑制される。従って、容器本体１０の構造健全性が保たれ、容器本体１０の破損等を抑制することができる。

さらに、固形分２００の熱伝導率が低い場合や、受け部１１に沈殿した固形分２００の量が多い場合であっても、複数の熱交換管１３が、沈殿した固形分２００の内部を貫通するように設けられていることにより、固形分２００と接触する熱交換管１３の総表面積が大きくなるため、熱交換管３３を介して行われる、熱交換管１３の内部を流通する水と、固形分２００との熱交換の効果を高めることが可能となる。この結果、容器本体１０内の冷却流Ｆの形成を促進し、固形分２００の冷却効果を高めることが可能となる。

本実施形態においては、容器本体１０および受け部１１により画成された下空間Ｓ２を流路１２として機能させている。これにより、スラッジ容器１００Ａの構成を簡易なものとすることができる。また、スラッジ容器１００Ａの外部に流路を設ける場合に比べて、スラッジ容器１００Ａをコンパクトにすることが可能となり、設置面積が限られる施設においても使用可能となる。また、スラッジ容器１００Ａを製造する際に部品点数を減らし、生産コストを低減させることが可能となる。

しかしながら、流路１２の構成は、この構成に限られることはない。例えば、設置面積に余裕のある施設等では、容器本体１０内の水が、容器本体１０の上空間Ｓ１から容器本体１０の外部に向かって流出し、容器本体１０の外部より容器本体の下空間Ｓ２に向かって再び流入するように延出された管を設けてもよい。また、容器本体１０の外部に延出された管および管の内部を流通する水を冷却するための装置を設けてもよい。この構成により、固形分２００の冷却効果をさらに高めることが可能となる。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係るスラッジ容器１００Ｂについて説明する。
第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。

本実施形態は、スラッジ容器１００Ｂが備える流路２２が第一実施形態とは異なっている。
本実施形態においては、図３に示すように、容器本体１０と受け部１１により画成された下空間Ｓ２が流路２２として機能する。本実施形態においては、容器本体１０の内周面と受け部１１の下方面との距離が、容器本体１０の下方に向かうに従って広くなるように容器本体１０と受け部１１を配置している。これにより、流路２２として機能する容器本体１０の下空間Ｓ２は、最下部における上下方向の高さが、下空間Ｓ２の他の位置の上下方向の高さよりも大きくなる。つまり、流路２２は、容器本体１０の最下部において最も上下方向の高さが大きくなるように形成されている。

上述の流路２２の構成によれば、固形分２００が流路を経由して水とともに容器本体１０の下空間Ｓ２に流入し、容器本体１０の底部に沈殿したとしても、流路２２の容器本体１０の最下部における上下方向の高さが十分に確保されているため、固形分２００により流路２２が塞がれ、容器本体１０内の定常的な冷却流Ｆが妨げられることを抑制することが可能となる。

本実施形態においては、容器本体１０の内周面と受け部１１の下方面との距離が、容器本体１０の下方に向かうに従って広くなるように容器本体１０と受け部１１を配置する構成としているが、この構成に限られることはない。例えば、容器本体１０の底部に凹部を設け、該凹部に固形分２００が沈殿するようにすることで、上述の構成と同様に、沈殿した固形分２００により流路２２が塞がれることを抑制する効果を得ることができる。

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係るスラッジ容器１００Ｃについて説明する。
第一実施形態および第二実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。

本実施形態は、スラッジ容器１００Ｃが備える熱交換管３３が第一実施形態および第二実施形態とは異なっている。
本実施形態において、図４に示すように、熱交換管３３の外周面に該熱交換管３３の外方に向かって突出するフィン３４が設けられている。本実施形態では、フィン３４は、熱交換管３３の外周面から該外周面の全周にわたって円形に張り出す鍔状をなしている。そして、当該フィン３４が上下方向、即ち、熱交換管３３の延在方向に間隔をあけて複数設けられている。

上述の熱交換管３３の構成によれば、熱交換管３３の外周面に複数のフィン３４が設けられていることにより、沈殿した固形分２００と接触する熱交換管３３の総表面積がさらに大きくなる。これにより、熱交換管３３を介して行われる、熱交換管３３の内部を流通する水と、固形分２００との熱交換の効果が向上する。この結果、容器本体１０内の冷却流Ｆの形成を促進し、固形分２００の冷却効果を高めることが可能となる。

本実施形態においては、複数のフィン３４は、板状に形成され、熱交換管３３の外周面に設けられる構成としているが、この構成に限られることはない。例えば、複数のフィン３４は円柱状に形成されていてもよい。さらに、例えばフィン３４が、熱交換管３３の延在方向に向かうに従って周方向に捩じれる螺旋状に形成されていてもよい。
また、複数のフィン３４は、熱交換管３３の内周面に設けられてもよい。複数のフィン３４を熱交換管３３の内周面に設けることにより、熱交換管３３の内部を流通する水と接触する熱交換管３３の総表面積が大きくなる。この構成によっても、熱交換管３３を介して行われる、熱交換管３３の内部を流通する水と、固形分２００との熱交換の効果が向上する。この結果、容器本体１０内の冷却流Ｆの形成を促進し、固形分２００の冷却効果を高めることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、本発明の実施形態において、スラッジ容器１００Ａ〜１００Ｃは、放射性廃棄物のスラッジを貯蔵するための容器であるとしたが、屎尿等、他のスラッジを貯蔵するために用いられてもよい。

また、スラッジ容器１００Ａ〜１００Ｃは、容器本体１０内にスラッジの沈澱を抑制するための攪拌手段を備えていてもよい。

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…スラッジ容器 １０…容器本体 １１…受け部 １２、２２…流路 １３、３３…熱交換管 ３４…フィン ２００…固形分 Ｓ１…容器本体の上空間 Ｓ２…容器本体の下空間 Ｏ…軸線 Ｆ…冷却流

Claims (4)

1. スラッジが導入される容器本体と、
   該容器本体内に設けられて、前記スラッジにおける固形分が沈殿して収容される受け部と、
   該容器本体内における前記受け部の上方の上空間と該容器本体内における前記受け部の下方の下空間とを連通させる流路と、
   前記受け部を上下方向に貫通して、下端が前記下空間に開口するとともに、上端が前記上空間に開口する熱交換管と、
   を備えるスラッジ容器。
2. 前記流路は、
   前記下空間の最下部における上下方向の高さが、他の位置の上下方向の高さよりも大きく形成されている、
   請求項１に記載のスラッジ容器。
3. 前記熱交換管の外周面または内周面の少なくとも一方に設けられたフィンを備える、
   請求項１又は２に記載のスラッジ容器。
4. 前記流路が前記受け部と前記容器本体により画成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のスラッジ容器。

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