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マルチ加熱型ガラス溶融炉

国内特許コード P100001198
整理番号 13255
掲載日 2010年11月5日
出願番号 特願2009-037418
公開番号 特開2010-189239
登録番号 特許第4815639号
出願日 平成21年2月20日(2009.2.20)
公開日 平成22年9月2日(2010.9.2)
登録日 平成23年9月9日(2011.9.9)
発明者
  • 山下 照雄
  • 正木 敏夫
  • 宮内 厚志
  • 小林 秀和
  • 中島 正義
  • 守川 洋
出願人
  • 独立行政法人日本原子力研究開発機構
発明の名称 マルチ加熱型ガラス溶融炉
発明の概要

【課題】溶融ガラス中に導電性堆積物が存在しても電気的弊害や廃棄物処理能力の低下が生じないようにするとともに、溶融槽及び加熱電極などの交換を容易にし、交換部分を必要最小限に留め、廃棄物の円滑なガラス固化処理を可能にする。
【解決手段】直接通電用の加熱電極を備えた廃棄物ガラス固化処理用溶融炉であって、溶融槽10は、耐火レンガを円錐状に組積した炉底浴壁部12及びその上方に連続する耐熱合金からなる円筒状の上部浴壁部14を組み合わせて構成され、加熱電極は、円筒を複数に縦分割した端面円弧形状で上部浴壁部の内側に間隔をあけて円筒状に配設されるセグメント電極30と、溶融槽内の中央に垂下され先端部が紡錘型に膨出する中空構造の円柱電極32と、円柱電極の先端部を対極とし炉底浴壁部と同一面内に円周状に配設される補助電極34と、円柱電極の先端部を対極とし炉底に設置される排出口一体型のロート状底部電極36からなる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


従来の廃棄物ガラス固化処理用電気溶融炉としては、大別すると耐火物溶融炉と金属製溶融炉がある。耐火物溶融炉は、耐火レンガにより炉体及び溶融槽を形成し、溶融槽内の側壁近傍に1対ないし複数対の耐熱合金製の加熱電極を配設した構造である。それに対して金属製溶融炉は、耐熱合金製の円筒状の浴壁部により溶融槽を形成し、その浴壁部を対極とする耐熱合金製の加熱電極を溶融槽内に1本ないし複数本配設した構造である。



これらのガラス溶融炉では、溶融ガラスが導電性を有することを利用し、前記加熱電極を介して溶融槽内の溶融ガラスに電流を流すことにより発生するジュール熱によって溶融ガラスを加熱する直接通電方式が採用されている。ここで、廃棄物及びガラス原料を溶融炉の上部から溶融ガラス液面上に供給すると、それらは溶融ガラスによって加熱され、昇温、水分の蒸発、仮焼の過程を経て溶融ガラスになる。その後、溶融ガラスは溶融炉底部から排出され、冷却されてガラス固化体となる。



溶融槽を形成する耐火レンガあるいは金属材料の健全性は、それらと接触する溶融ガラスの温度によって左右される。そのためには、溶融槽内の溶融ガラスの温度分布は均一であることが望ましい。そこで、溶融炉の形状や廃棄物処理量などに応じて様々な電極配置が試みられている。



ところで、このようなガラス溶融炉を用いて高放射性液体廃棄物を処理した場合、炉底浴壁部の異常温度上昇が生じ、廃棄物処理能力が低下する問題が生じている。これは高放射性液体廃棄物に含まれているRu、Pd、Rh等の白金族元素がガラスに難溶性の導電性物質を形成して炉底に堆積し、電極間電流がその導電性堆積物に集中するため、発生するジュール熱が上方の溶融ガラス液面に十分に供給されないことが原因である。



例えば、耐火物溶融炉については、非特許文献1の75頁に記載されているホルスト・ヴィーゼ(Horst Wiese )の「ベルギーのパメラプラントでの高放射性液体廃棄物の工業的ガラス固化」(Industrial Vitrification of High Level Liquid Waste with The PAMERA Plant in Belgium)には、通常の3分の1の電気抵抗値を有する白金族元素からなる導電性物質が炉底に5cm堆積したことによって通電特性が変化し、ガラス製造速度が30kg/hr から20kg/hr に低下したことが報告されている。また、同じ非特許文献1の82頁に記載されている虎田真一郎の「動燃東海ガラス固化技術開発施設のためのガラス溶融炉の開発」(Development of Glass Melter for PNC Tokai Vitrification Facility)には、炉底勾配を持つ実験室規模の溶融炉を使用した数種の実験の結果、45°の勾配が白金族元素からなる堆積物の排出に有効であることが判り、同勾配を持つ実規模大の溶融炉の試験結果からも、その効果が評価されたと報告されている。



金属溶融炉については、非特許文献2に、45°の炉底勾配を有する金属溶融炉にて白金族元素の抜き出し性については良好な結果を得ているにもかかわらず、白金族元素を含有した模擬廃液での処理能力は、白金族元素を含有しない模擬廃液を用いた試験での結果よりも20%以上低下することが確認されたと記載されている。これは、溶融ガラス中の導電性白金族元素の濃度が溶融槽の上部と下部では下部の方が高くなることによる、加熱電流密度分布の下部への移動が主な原因と考えられている。



このように従来のガラス溶融炉では、炉底勾配を有するにもかかわらず十分な排出が行われず、若干量の導電性物質がガラス溶融炉の底部あるいは勾配面に堆積し、溶融槽の下部の濃度が高くなることが予想され、その場合には、前述したような通電異常あるいは廃棄物処理能力の低下という現象が生じることになる。また、通電異常や処理能力の低下が生じた場合には、溶融炉を交換する必要が生じ、高放射性液体廃棄物の処理が滞ることが考えられる。



そこで本発明者等は、先に、耐熱合金製円錐状炉底部浴壁部と、耐火レンガ製垂直部浴壁部と、該耐火レンガ製垂直部浴壁部によって前記耐熱合金製円錐状炉底部浴壁部から電気的に絶縁した耐熱合金製垂直部浴壁部とによって溶融槽を構成し、炉底部浴壁部と垂直部浴壁部を対極とするように溶融槽中心部に垂下させた加熱電極を有するガラス溶融炉を提案した(特許文献1参照)。このガラス溶融炉は、通電異常の発生あるいは廃棄物処理能力の低下などを、ある程度は抑制できるものの、必ずしも十分ではない。また、溶融ガラスの流下時における浴壁近傍の流れ形成、溶融槽内における溶融ガラスの少量化などの点で、未だ改善の余地がある。

産業上の利用分野


本発明は、直接通電によるジュール熱を利用して溶融槽内のガラス原料を溶融し、ガラス原料と共に溶融槽内に供給された廃棄物をガラス固化処理するためのガラス溶融炉に関し、更に詳しく述べると、複数種類の加熱電極を溶融槽の各所に配置することにより、電流が選択的に溶融ガラス中に流れるようにして、通電異常の発生を回避し、処理能力の低下を極力防止するマルチ加熱型ガラス溶融炉に関するものである。この溶融炉は、各種産業廃棄物の固化処理、特に高放射性液体廃棄物のガラス固化処理に有用である。

特許請求の範囲 【請求項1】
縦型円筒状の溶融槽と、該溶融槽の上部に位置するガラス原料及び放射性液体廃棄物の供給口と、溶融槽の底部に位置する溶融ガラスの排出口と、耐熱合金製の複数の加熱電極を備え、該加熱電極を介して通電することにより、前記溶融槽内に供給したガラス原料及び放射性液体廃棄物を加熱溶融し、溶融ガラスを排出する放射性廃棄物ガラス固化処理用溶融炉において、
前記溶融槽は、耐火レンガを円錐状に組積した炉底浴壁部及びその上方に連続する耐熱合金からなる円筒状の上部浴壁部を組み合わせて構成され、円錐状の前記炉底浴壁部は、底部中央に位置する溶融ガラスの排出口に向けて45°~60°の勾配傾斜が設けられた形状であって、直接通電用の加熱電極は、円筒を複数に縦分割した端面円弧形状で上部浴壁部の内側に間隔をあけて円筒状に配設される複数のセグメント電極と、該セグメント電極を対極とし溶融槽内の中央に垂下され先端部が紡錘型に膨出する中空構造の円柱電極と、該円柱電極の先端部を対極とし炉底浴壁部と同一面内に円周状に配設される複数の補助電極と、円柱電極の先端部を対極とし炉底に設置される排出口一体型のロート状底部電極とからなり、耐熱合金製の上部浴壁部及び加熱電極に冷却手段が組み込まれており、前記円柱電極は、溶融槽の中心軸に沿って上方から挿入され、紡錘型に膨出している先端部が溶融槽の円錐形状の部分に収まるように設置されていることを特徴とするマルチ加熱型ガラス溶融炉。

【請求項2】
円柱電極の紡錘型に膨出している先端部に加熱手段が内蔵され、該加熱手段によって、円柱電極の先端部近傍のガラスを加熱可能とした請求項記載のマルチ加熱型ガラス溶融炉。

【請求項3】
円柱電極及びその先端部内の加熱手段が、個別に引き抜き交換可能となっている請求項記載のマルチ加熱型ガラス溶融炉。

【請求項4】
セグメント電極の内部に、上段及び下段に分けてそれぞれ複数の加熱手段を配設し、該加熱手段によって、セグメント電極近傍のガラスを加熱可能とした請求項1乃至のいずれかに記載の溶融炉の加熱方法。

【請求項5】
セグメント電極及びその内部に挿入されている加熱手段が、個別に引き抜き交換可能となっている請求項記載の溶融炉。

【請求項6】
請求項1乃至のいずれかに記載のマルチ加熱型ガラス溶融炉を用い、加熱電極であるセグメント電極、円柱電極、補助電極、ロート状底部電極の任意の組み合わせで電極間の電気抵抗を測定することにより、廃棄物に含まれている白金族元素の堆積、堆積量及び堆積状況を検知可能としたガラス溶融炉の炉内堆積物検知方法。


産業区分
  • 窯業
  • 電力応用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009037418thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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