(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-02-07
(45)【発行日】2025-02-18
(54)【発明の名称】レーザ除染システム
(51)【国際特許分類】
G21F 9/28 20060101AFI20250210BHJP
【FI】
G21F9/28 501A
G21F9/28 551
G21F9/28 511Z
(21)【出願番号】P 2021032293
(22)【出願日】2021-03-02
【審査請求日】2024-02-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社IHI
(74)【代理人】
【識別番号】100118267
【氏名又は名称】越前 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】三井 崇
【審査官】大門 清
(56)【参考文献】
【文献】特開2003-307591(JP,A)
【文献】特開2006-184088(JP,A)
【文献】特開平11-183693(JP,A)
【文献】特開2002-189099(JP,A)
【文献】特開2013-076682(JP,A)
【文献】特開2019-111581(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G21F 9/02
G21F 9/28
G21F 9/30
B09B 3/00
B08B 5/00
B23K 26/00-26/70
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置を格納したコンテナを備える除染ユニットと、
前記レーザ除染装置の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置を格納したコンテナを備える換気ユニットと、
前記除染ユニットの除染エリアと前記換気ユニットとの間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクトと、
前記金属汚染廃棄物を載置し複数の開口部を有する格子状に構成されたトレイと、
前記トレイを前記除染ユニット内で移動させる搬送台車と、を備え、
前記レーザ除染装置は、前記除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄
物の上面を除染可能な第一レーザ除染装置と、前記除染エリア内の前記トレイに配置され
た前記金属汚染廃棄物の下面に前記トレイの開口部からレーザ光を照射して除染可能な第
二レーザ除染装置と、を備え、
前記第一レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、
前記トレイに載置された前記金属汚染廃棄物の高さに応じて上下方向に移動可能に構成さ
れたレーザ照射ユニットを含み、
前記第二レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、
前記トレイの底面に対して平行かつ長手方向に垂直な方向に移動可能に構成されたレーザ
照射ユニットを含む、
ことを特徴とするレーザ除染システム。
【請求項2】
前記トレイの溝は、山形に形成されたフレームによって長手方向に沿って構成された複
数の溝を備え、前記第二レーザ除染装置は、前記トレイの溝を構成する底面の一面に対し
て斜めに移動可能に構成された前列のレーザ照射ユニットと、前記トレイの溝を構成する
底面の他の一面に対して斜めに移動可能に構成された後列のレーザ照射ユニットと、を含
む、請求項1に記載のレーザ除染システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ除染システムに関し、特に、配管等の金属汚染廃棄物の表面を除染するレーザ除染システムに関する。
【背景技術】
【0002】
廃炉時や原子炉のメンテナンス時には、配管、タンク、形鋼、各種機器等の金属の放射性廃棄物(以下、「金属汚染廃棄物」と称する。)が発生する。これらの金属汚染廃棄物は、汚染レベルにより高レベル放射性廃棄物と低レベル放射性廃棄物に大別される。
【0003】
高レベル放射性廃棄物は、放射性物質の濃度が高く半減期の長い放射性物質を含むため地層処分(300m以深の深部地下に埋設すること)される。低レベル放射性廃棄物は、汚染の程度によって、比較的放射能レベルが高く余裕深度処分(50m以深の深部地下に埋設すること)されるクリアランスレベルL1、比較的放射能レベルが低く浅地中ピット処分されるクリアランスレベルL2、極めて較的放射能レベルが低く浅地中トレンチ処分されるクリアランスレベルL3、に分別される。
【0004】
金属汚染廃棄物は、汚染の程度が高くなるにつれて処分コストが増加することから、除染して汚染の程度をできるだけ下げたいという要望がある。金属汚染廃棄物の除染方法には、例えば、特許文献1,2等に記載されたように、化学除染、ブラスト処理等の機械除染、レーザ除染、電解研磨除染等が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平8-94796号公報
【文献】特開2004-77162号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、化学除染、機械除染、電解研磨除染等の除染方法では、除染処理後に化学液剤、研磨剤、電解液等の大量の二次廃棄物が発生してしまうという問題があった。二次廃棄物の拡散防止処置を含む処理設備は大掛かりになりやすく、除染コストが増大しやすい。また、レーザ除染では作業員の手作業により除染することから作業効率が低いという問題があった。廃炉時には低レベル放射性廃棄物が大量に発生することから、作業効率が除染コストに与える影響が大きい。
【0007】
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、二次廃棄物の発生量の低減及び作業効率の向上を図ることができる、レーザ除染システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば、金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置を格納したコンテナを備える除染ユニットと、前記レーザ除染装置の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置を格納したコンテナを備える換気ユニットと、前記除染ユニットの除染エリアと前記換気ユニットとの間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクトと、前
記金属汚染廃棄物を載置し複数の開口部を有する格子状に構成されたトレイと、前記トレ
イを前記除染ユニット内で移動させる搬送台車と、を備え、前記レーザ除染装置は、前記
除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄物の上面を除染可能な第一レー
ザ除染装置と、前記除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄物の下面に
前記トレイの開口部からレーザ光を照射して除染可能な第二レーザ除染装置と、を備え、
前記第一レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、前
記トレイに載置された前記金属汚染廃棄物の高さに応じて上下方向に移動可能に構成され
たレーザ照射ユニットを含み、前記第二レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に
沿って移動可能に構成され、前記トレイの底面に対して平行かつ長手方向に垂直な方向に
移動可能に構成されたレーザ照射ユニットを含む、ことを特徴とするレーザ除染システムが提供される。
【0009】
前記トレイの溝は、山形に形成されたフレームによって長手方向に沿って構成された複
数の溝を備え、前記第二レーザ除染装置は、前記トレイの溝を構成する底面の一面に対し
て斜めに移動可能に構成された前列のレーザ照射ユニットと、前記トレイの溝を構成する
底面の他の一面に対して斜めに移動可能に構成された後列のレーザ照射ユニットと、を含
んでいてもよい。
【発明の効果】
【0015】
上述した本発明に係るレーザ除染システムによれば、除染ユニットと換気ユニットとに区分して個別にコンテナ化したことにより、除染装置を容易に搬送し、除染したい場所で除染処理を行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。また、除染装置にレーザ除染方式を採用し、除染エリアの閉空間で除染処理を行うようにしたことにより、二次廃棄物の発生量を低減することができ、汚染物質の拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図1】本発明の一実施形態に係るレーザ除染システムを示す全体構成図である。
【
図4】
図1に示したトレイの説明図であり、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図、(d)は搬送台車に載置した状態の斜視図、を示している。
【
図5】
図1に示したレーザ除染装置の拡大図である。
【
図6】第一レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、を示している。
【
図7】第二レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、(a)は平面図、(b)は前列の正面図、(c)は後列の正面図、を示している。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について
図1~
図7(c)を用いて説明する。ここで、
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ除染システムを示す全体構成図である。
図2は、
図1に示した除染ユニットの拡大図である。
図3は、
図1に示した換気ユニットの拡大図である。なお、
図2及び
図3において、コンテナの側面を透過した状態を図示してある。
【0018】
本発明の一実施形態に係るレーザ除染システム1は、金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置21を格納したコンテナを備える除染ユニット2と、レーザ除染装置21の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置31を格納したコンテナを備える換気ユニット3と、除染ユニット2の除染エリア2aと換気ユニット3との間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクト4と、を備えている。
【0019】
除染ユニット2は、例えば、ISO(国際標準化機構)により規格された40フィートコンテナにより構成される。除染ユニット2のコンテナ内は、除染作業を行う除染エリア2aと、金属汚染廃棄物の搬出入及びレーザ除染システム1の操作を行う作業エリア2bと、に区画される。
【0020】
除染エリア2aと作業エリア2bとの間には気密扉2cが配置されており、除染エリア2aを気密に封止することができるように構成されている。金属廃汚染棄物は、トレイ2dに載置された状態で除染エリア2aに搬出入される。金属廃汚染棄物は、原子炉施設に使用された、配管、タンク、形鋼、各種機器等の金属の放射性廃棄物であり、現場でトレイ2dに載置可能な大きさに切断される。
【0021】
除染エリア2aには、トレイ2dを案内するガイドレール2eがコンテナの長手方向に沿って配置されている。トレイ2dは、搬送台車2fに載置された状態で、作業エリア2b内に搬入され、除染エリア2aの入口でガイドレール2eに受け渡される。ガイドレール2eは、複数のトレイ2dを支持可能に構成されている。
【0022】
除染エリア2aには、内部の各種装置の電源供給・通信等を行う中継端子ボックス2g、レーザ除染装置21にレーザ光を供給するレーザ発振器を格納するレーザ発振器格納ボックス2h、監視カメラ2i、照明2j等が設置される。レーザ発振器は、例えば、空冷式にすることにより冷却水を使用する必要がなく、モバイル性能を向上させることができる。
【0023】
作業エリア2bは、コンテナの開閉扉2kから気密扉2cまでの間の領域によって構成される。作業エリア2bには、レーザ除染装置21の運転制御、除染処理の監視等を行うための制御・操作盤2mが配置されている。除染エリア2a内に配置された監視カメラ2iの映像は、例えば、制御・操作盤2mに配置されたモニタに表示される。
【0024】
換気ユニット3は、例えば、ISO(国際標準化機構)により規格された20フィートコンテナにより構成される。また、ダクト4は、除染エリア2aの空気をフィルタ装置31に引き込む排気ダクト41と、換気ユニット3内の空気を除染エリア2aに供給する給気ダクト42と、により構成される。
【0025】
コンテナ内には、除染処理時に発生した汚染物質を吸着するフィルタ装置31が配置されている。フィルタ装置31には、複数枚の吸着フィルタが格納されている。複数枚の吸着フィルタは、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
【0026】
フィルタ装置31の上流側には排気ダクト41が接続され、フィルタ装置31の下流側には吸引ブロワ32が接続される。吸引ブロワ32の下流側には、コンテナ内に処理後の空気を排気する排気ノズル33が接続される。なお、フィルタ装置31~排気ノズル33の間に排気温度を下げるための冷却器を配置してもよい。
【0027】
給気ダクト42は、空気中の塵芥を除去する給気フィルタ34に接続されている。給気フィルタ34は、換気ユニット3のコンテナ内に配置されており、給気フィルタ34の上流側はコンテナ内に開放されている。差圧によりコンテナ内の空気が除染エリア2aに送り込まれる。
【0028】
なお、フィルタ装置31を通過した空気は汚染物質が除去されていることから、排気ダクト41及び給気ダクト42のコンテナ通過部を封止しなくてもよい。また、必要に応じて、換気ユニット3のコンテナ内に照明や監視カメラを設置してもよい。
【0029】
ここで、
図4は、
図1に示したトレイの説明図であり、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は正面図、(d)は搬送台車に載置した状態の斜視図、を示している。
【0030】
トレイ2dは、
図4(a)に示したように、平面視で格子状に構成されており、長手方向及び横方向に複数の開口部2nを備えている。トレイ2dに開口部2nを形成することにより、トレイ2dの上面及び下面の両方から除染処理を行うことができる。
【0031】
また、トレイ2dは、
図4(b)及び
図4(c)に示したように、長手方向に沿って形成された複数の溝2pを備えていてもよい。かかる構成により、金属汚染廃棄物を溝2pに沿って安定に載置することができる。溝2pは、例えば、開口部2nを形成する短手方向のフレームを山形に形成することにより構成される。
【0032】
搬送台車2fは、例えば、トレイ2dを支持する支持部材2qと、支持部材2qの下端部に配置された複数のローラ2rと、トレイ2dからの落下物を回収する受け皿2sと、トレイ2dの送出装置2tと、を備えている。なお、搬送台車2fは、図示した構成に限定されるものではない。
【0033】
支持部材2qは、トレイ2dの短手方向の両端部をガイド可能に支持するように構成されている。ローラ2rは、例えば、電動機付きの重量物移動用ローラである。搬送台車2fは、四台のローラ2rの協調制御により自走可能に構成されている。受け皿2sは、少なくともトレイ2dの開口部2nを覆う大きさに形成される。送出装置2tは、搬送台車2fから除染エリア2a内のガイドレール2eにトレイ2dを円滑に移動させるように構成されている。
【0034】
ここで、
図5は、
図1に示したレーザ除染装置の拡大図である。
図6は、第一レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、を示している。
図7は、第二レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、(a)は平面図、(b)は前列の正面図、(c)は後列の正面図、を示している。
【0035】
レーザ除染装置21は、例えば、
図5に示したように、除染エリア2a内に配置された金属汚染廃棄物の上面を除染可能な第一レーザ除染装置211と、除染エリア2a内に配置された金属汚染廃棄物の下面を除染可能な第二レーザ除染装置212と、を備えている。なお、第一レーザ除染装置211及び第二レーザ除染装置212は、図示した構成に限定されるものではない。
【0036】
第一レーザ除染装置211は、例えば、除染エリア2aの長手方向に敷設された第一ガイドレール21a(
図2参照)に沿って移動可能な走行台車211aと、走行台車211aに上下方向に移動可能に配置されたレーザ照射ユニット211bと、走行台車211aに配置された監視カメラ211cと、を備えている。
【0037】
走行台車211aは、例えば、走行車輪を備えた門型構造を備えている。レーザ照射ユニット211bは、例えば、
図6(b)に示したように、金属汚染廃棄物Wの上面に向かってレーザ光を照射するレーザヘッド211dと、レーザヘッド211dの先端に配置され金属汚染廃棄物Wまでの距離を計測する距離センサ211eと、を備えている。レーザヘッド211dには、除染エリア2a内のレーザ発振器格納ボックス2hに格納されたレーザ発振器から光ファイバを介してレーザ光が供給される。
【0038】
走行台車211aは、除染エリア2aの長手方向に沿って移動するように制御される。したがって、レーザヘッド211dから照射されるレーザ光は、
図6(a)に示したように、トレイ2dの長手方向に沿って移動し、トレイ2d上に載置された金属汚染廃棄物の上面を除染する。なお、
図6(a)では、説明の便宜上、金属汚染廃棄物の図を省略してある。
【0039】
また、レーザヘッド211dは、2組1セットでユニット化されており、走行台車211aに固定されたガイドレール211fに沿って移動可能に構成されている。除染エリア2aの奥から気密扉2cに向かう方向を移動方向前方と定義すれば、
図5に示したように、レーザ照射ユニット211bは、前列に3台配置され、後列に2台配置される。このとき、レーザ照射ユニット211bは、レーザヘッド211dから照射されるレーザ光が、移動方向に垂直な方向に均等な間隔で並列するように配置される。
【0040】
図6(b)に示したように、距離センサ211eは、金属汚染廃棄物Wまでの距離を計測し、レーザヘッド211dの高さ(上下方向の位置)は、除染可能な範囲内に収まるように制御される。すなわち、レーザ照射ユニット211bは、トレイ2dに載置された金属汚染廃棄物Wの高さに応じて、金属汚染廃棄物Wとレーザヘッド211dとの間の距離zを略一定に維持するように、上下方向に移動可能に構成されている。
【0041】
なお、
図6(b)では、説明の便宜上、走行台車211a及びガイドレール2eの図は省略してある。また、
図6(b)では、説明の便宜上、前列のレーザ照射ユニット211bを実線で図示し、後列のレーザ照射ユニット211bを一点鎖線で図示してある。
【0042】
例えば、
図2に示したように、3つのトレイ2dが除染エリア2a内に配置された場合、各トレイ2dによって金属汚染廃棄物Wの高さが異なっていることから、レーザヘッド211dの高さ(上下方向の位置)は、第一レーザ除染装置211の移動に伴って自動的に制御される。
【0043】
第二レーザ除染装置212は、例えば、除染エリア2aの長手方向に敷設された第二ガイドレール21b(
図2参照)に沿って移動可能な走行台車212aと、走行台車212aに斜め方向に移動可能に配置されたレーザ照射ユニット212bと、走行台車212aに配置された監視カメラ212cと、を備えている。
【0044】
走行台車212aは、例えば、走行車輪を備えたテーブル型構造を備えている。レーザ照射ユニット212bは、例えば、
図6(b)及び
図6(c)に示したように、金属汚染廃棄物Wの下面に向かってレーザ光を照射するレーザヘッド212dと、レーザヘッド212dをトレイ2dの底面に平行かつ移動方向に垂直な方向に移動可能に構成されたスライド機構と、を備えている。レーザヘッド212dには、除染エリア2a内のレーザ発振器格納ボックス2hに格納されたレーザ発振器から光ファイバを介してレーザ光が供給される。
【0045】
レーザヘッド212dは、走行台車212aに固定された台座212eに形成された斜面に沿って移動可能に構成されている。除染エリア2aの奥から気密扉2cに向かう方向を移動方向前方と定義すれば、
図5に示したように、レーザ照射ユニット212bは、前列に4台配置され、後列に4台配置される。このとき、レーザ照射ユニット211bは、レーザヘッド211dから照射されるレーザ光が、移動方向に垂直な方向に均等な間隔で並列するように配置される。
【0046】
前列に配置されたレーザ照射ユニット212bの台座212eは、例えば、
図7(b)に示したように、トレイ2dの溝2pを形成する底面2uに略平行な斜面212fを備えている。また、後列に配置されたレーザ照射ユニット212bの台座212eは、例えば、
図7(c)に示したように、トレイ2dの溝2pを形成する底面2vに略平行な斜面212gを備えている。
【0047】
また、走行台車212aは、除染エリア2aの長手方向に沿って移動するように制御される。したがって、レーザヘッド212dから照射されるレーザ光は、
図7(a)に示したように、トレイ2dの長手方向に沿ってジグザグに移動し、トレイ2d上に載置された金属汚染廃棄物の下面を除染する。なお、
図7(a)では、説明の便宜上、金属汚染廃棄物の図を省略してある。
【0048】
次に、レーザ除染システム1の使用方法について説明する。まず、除染ユニット2及び換気ユニット3は、ダクト4が取り外された状態で、それぞれ個別に輸送トラック等により除染処理を行う現場に搬送される。ダクト4は、例えば、除染ユニット2又は換気ユニット3を構成するコンテナ内に収容されて搬送される。その後、
図1に示したように、除染ユニット2及び換気ユニット3にダクト4が接続される。
【0049】
現場で切断された金属汚染廃棄物は、搬送台車2fに載置されたトレイ2d上に載置される。
図1に示したように、搬送台車2fは、コンテナの開放された開閉扉2kから作業エリア2b内に自走して移動する。このとき、気密扉2cは開放されており、作業エリア2b内に移動した搬送台車2fは、除染エリア2a内のガイドレール2eにトレイ2dを受け渡し可能な位置で停止する。その後、除染エリア2a内のガイドレール2eにトレイ2dが移送される。
【0050】
所定のトレイ2dを除染エリア2a内のガイドレール2e上に載置した後、
図2に示したように、気密扉2cが閉鎖される。作業エリア2bで作業員が制御・操作盤2mを操作することにより、除染処理が開始される。それと同時に、吸引ブロワ32が作動され、除染エリア2aの空気が排気ダクト41に引き込まれフィルタ装置31に送られる。
【0051】
レーザ除染装置21は、コンテナの奥から気密扉2cに向かってガイドレール上を移動しながら金属汚染廃棄物を除染する。第一レーザ除染装置211及び第二レーザ除染装置212は、個別に作動させてもよいし、同期させて作動させてもよい。レーザ除染装置21は、ガイドレール上の往路時にのみ除染処理をしてもよいし、往路及び復路の両方で除染処理をしてもよい。また、金属汚染廃棄物の状態によっては、レーザ除染装置21を複数回往復させて除染処理をするようにしてもよい。
【0052】
金属汚染廃棄物が終了すると、トレイ2dは搬送台車2fに移送される。搬送台車2fは、トレイ2dを除染ユニット2から所定の場所まで搬送し、作業員によって金属汚染廃棄物がトレイ2dから別の搬送手段に移動される。
【0053】
上述した本実施形態に係るレーザ除染システム1によれば、除染ユニット2と換気ユニット3とに区分して個別にコンテナ化したことにより、除染装置を容易に搬送し、除染したい場所で除染処理を行うことができ、システムの自動化及びモバイル化を図り、作業効率の向上を図ることができる。また、除染装置にレーザ除染方式を採用し、除染エリア2aの閉空間で除染処理を行うようにしたことにより、二次廃棄物の発生量を低減することができ、汚染物質の拡散を抑制することができる。
【0054】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【0055】
1 レーザ除染システム
2 除染ユニット
2a 除染エリア
2b 作業エリア
2c 気密扉
2d トレイ
2e ガイドレール
2f 搬送台車
2g 中継端子ボックス
2h レーザ発振器格納ボックス
2i 監視カメラ
2j 照明
2k 開閉扉
2m 制御・操作盤
2n 開口部
2p 溝
2q 支持部材
2r ローラ
2s 受け皿
2t 送出装置
2u,2v 底面
3 換気ユニット
4 ダクト
21 レーザ除染装置
21a 第一ガイドレール
21b 第二ガイドレール
31 フィルタ装置
32 吸引ブロワ
33 排気ノズル
34 給気フィルタ
41 排気ダクト
42 給気ダクト
211 第一レーザ除染装置
212 第二レーザ除染装置
211a,212a 走行台車
211b,212b レーザ照射ユニット
211c,212c 監視カメラ
211d,212d レーザヘッド
211e 距離センサ
211f ガイドレール
212e 台座
212f,212g 斜面