CN103180682B - 感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉 - Google Patents

感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，通过使感应线圈本身同时起到水冷格栅作用，以使感应电流直接传递给感应加热式低温熔炉(CCIM)内的熔融物，从而大幅改善能效的同时简化感应加热式低温熔炉(CCIM)结构，并且在选用陶瓷材料或高熔点金属材料的熔融物的情况下也能顺畅地排出。为此，根据本发明的一种感应加热式低温熔炉，利用凭借施加于感应线圈上的高频电流而产生于水冷格栅中的感应电流对废弃物进行加热并使之熔融，其特征在于，所述水冷格栅与感应线圈被上下布置，而由所述感应线圈产生的感应电流直接传递至所述废弃物的熔融物。

Description

感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉
技术领域
本发明涉及一种感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，具体而言，涉及一种通过感应加热(induction heating)方式对放射性废弃物、普通产业废弃物、陶瓷材料、金属材料等物质进行加热及熔融时使用的感应加热式低温熔炉(Cold Crucible Induction Melter：CCIM)。
背景技术
目前为止，为了对放射性废弃物、普通产业废弃物、陶瓷材料、金属材料等进行加热并熔融而采用感应加热方式的感应加热式低温熔炉(CCIM)都在感应线圈内侧使用水冷管(water cooled pipe)或水冷格栅(water cooledsegment)。
当由于施加在感应线圈上的高频电流而在水冷格栅中引起感应电流，并由于分布于水冷格栅之间的电磁场而在感应加热式低温熔炉(CCIM)内的熔融物中引起感应电流，则由焦耳效应(Joule′s effect)使熔融物被加热。在此情况下，感应线圈持预定间距位于水冷格栅的外侧，仅仅起到使高频电流通过的作用。
有关这种水冷格栅在感应线圈的内侧持预定间距形成的感应加热式低温熔炉(CCIM)的现有技术公开于德国专利518,499，美国专利3,223,519，美国专利3,461,215，美国专利4,058,668，美国专利6,144,690，美国专利6,613,291。
然而，这种现有技术下的感应加热式低温熔炉(CCIM)存在着位于感应线圈内侧的水冷格栅消耗大量电能的缺点。
并且，现有技术中的感应加热式低温熔炉(CCIM)中设置的感应线圈大多设置为水平，设计所针对的目的主要为熔融物的熔融，并不包含能使熔融物易于排出的功能。
而且，现有技术中采用的是通过在熔融物排出口设置滑动门，当打开门时传递熔融物的热量，经过一定时间后便从下部排出熔融物的原理。然而这种情况的问题在于，由于在熔融物排出的过程中温度将会下降，于是对于熔点(melting point)较高的陶瓷材料或金属等来说，其材料的一部分将会凝固，降低流动性，因而难以将熔融物顺畅地排出。
另有一种熔融物的排出方法为，排出管采用铬镍铁合金(Inconel)等的密闭管，在该管周围缠绕感应线圈并加热铬镍铁合金管而排出熔融物。然而这种情况下在排出熔点高于铬镍铁合金管的金属(例如贵金属等)方面存在限度。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种通过使感应线圈本身同时起到水冷格栅作用，以使感应电流直接传递给感应加热式低温熔炉(CCIM)内的熔融物，从而既能大幅改善能效，还能简化感应加热式低温熔炉(CCIM)结构的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉。
而且，本发明的目的还在于提供一种即使在选用陶瓷材料或高熔点的金属性材料的情况下也能使熔融物顺畅地排出的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉。
技术方案
为了达到上述目的，根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉利用凭借施加于感应线圈上的高频电流而产生于水冷格栅中的感应电流对废弃物进行加热并使之熔融，其特征在于，所述水冷格栅与感应线圈被上下布置，从而由所述感应线圈产生的感应电流直接传递至所述废弃物的熔融物。
其特征在于，所述水冷格栅由内部形成有U字形冷却通道的多个垂直型水冷格栅集合而成，所述垂直型水冷格栅被构成为使冷却介质分配成多个单位组而进行循环。
其特征在于，所述感应线圈的下侧具有朝熔融物的排出方向偏心于一侧的向下倾斜的形状的水冷底板，以将熔融物向格栅型熔融物排出部侧收集，而所述感应线圈形成为倾斜的形状，以与所述熔融物的排出方向一致。
其特征在于，所述感应线圈在与所述熔融物接触的内侧面上形成有耐热性陶瓷涂层。
其特征在于，所述感应线圈为多个感应线圈线条上下层叠的结构，所述多个感应线圈线条之间插入有陶瓷材料。
其特征在于，所述水冷底板的下侧具有格栅型熔融物排出部，以将通过所述水冷底板收集的熔融物排出，所述格栅型熔融物排出部的上面形成为指向形成于中央部的熔融物排出口的向下倾斜面，而从所述熔融物排出口向下侧延伸形成而用于使熔融物通过的熔融物排出口水冷格栅周围配备有感应线圈。
有益效果
根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉可带来如下效果。放弃以往的水冷格栅设置于感应加热式低温熔炉(CCIM)的感应线圈内部区域的结构，而使感应线圈本身同时起到水冷格栅作用，从而使以往设置于感应线圈内侧的水冷格栅中大量消耗的电能直接传递给感应加热式低温熔炉(CCIM)内的熔融物，因此不仅能够大幅改善能效，而且可以简化感应加热式低温熔炉(CCIM)的结构而使得用于维护作业的装置易于分解和组装。
而且，本发明的效果还在于，通过将感应线圈配置为朝熔融物的排出方向倾斜的结构，并在熔融物排出口周围可装卸地配置感应线圈，以提高所排出熔融物中的感应电流产生效率，从而使陶瓷材料或高熔点金属材料的熔融物也能被顺畅地排出。
附图说明
图1为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的整体构成图。
图2为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的垂直型水冷格栅的外观及局部的剖切立体图。
图3为根据现有技术的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的倾斜型水平感应线圈的局部的剖切立体图。
图4为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的倾斜型水冷底板的外观及局部的剖切立体图。
图5为感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的格栅型熔融物排出部的立体图。
图6为表示在图5所示格栅型熔融物排出部的熔融物排出口水冷格栅周围设置有感应线圈的情形的立体图。
符号说明：
100：感应加热式低温熔炉           110：上部腔室
101：废弃物投入口                 102：尾气出口
105：连接部                       120：冷却水出入口分配管
121：冷却水入口分配管             122：冷却水出口分配管
130：垂直型水冷格栅               131：冷却水入口
132：冷却水出口                   133：U字形冷却通道
140：倾斜型水平感应线圈           141：冷却水入口
142：冷却水出口                   143：冷却水通道管
144：感应线圈内侧面               145：高频电源供应装置连接部
146：陶瓷材料插入部件             150：倾斜型水冷底板
151：冷却水入口                   152：冷却水出口
153：冷却通道板                   160：格栅型熔融物排出部
161：冷却水入口                   162：冷却水出口
163：倾斜面                       164：熔融物排出口
165：熔融物排出口水冷格栅         170：感应线圈
具体实施方式
以下参照附图对本发明优选实施例的构成和作用进行如下的详细说明。
图1为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的整体构成图。
根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉100包括：上部腔室110，具有用于投入放射性废弃物、普通产业废弃物、陶瓷材料、金属材料等熔融对象物质的废弃物投入口101以及用于排出熔融过程中所排放出的气体的排气出口102；下部腔室，以连接部105为媒介连接于所述上部腔室110的下侧，用于收容所投入的废弃物而加以熔融并排出。所述下部腔室由垂直型水冷格栅130、倾斜型水平感应线圈140、倾斜型水冷底板150自上而下依次结合的结构物所构成，而所述倾斜型水冷底板150的下侧连接有用于排出熔融物的格栅型熔融物排出部160。
并且，所述垂直型水冷格栅130的上部周围设置有由冷却水入口分配管121和冷却水出口分配管122所构成的冷却水出入口分配管120，而所述倾斜型水平感应线圈140的一侧连接有高频电源供应装置连接部145，并在所述格栅型熔融物排出部160的周围设置有感应线圈170。
图2为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的垂直型水冷格栅的外观立体图(a)和局部剖切立体图(b)。
所述垂直型水冷格栅130是由如图2所示的内部形成有冷却水等冷却介质赖以流动的U字形冷却通道133的单元体沿圆周方向相互连接而成的集合体所构成的。
所述垂直型水冷格栅130的上部外侧面形成有连接于所述U字形冷却通道133的冷却水入口131和冷却水出口132。所述冷却水入口131与冷却水出口132分别连接于图1所示的冷却水入口分配管121与冷却水出口分配管122。
而且，所述冷却水出入口分配管120被构成为将垂直型水冷格栅130相互连接为若干个单位组，以实现冷却介质的供应和回收，正如这样，通过构建为使冷却介质按照垂直型水冷格栅130的单位组进行分配，从而能够使垂直型水冷格栅130之间形成均匀的冷却而提高效率。
所述垂直型水冷格栅130的上面形成为水平面，据此使之沿所述连接部105的底面周围紧紧贴上，而所述垂直型水冷格栅130的底面形成为倾斜面，据此使之紧贴于结合在下侧的倾斜型水平感应线圈140的倾斜的上面。
所述垂直型水冷格栅130为通过将倾斜型水平感应线圈140的高频电流所引起的感应电流传递给收容于内部的熔融物而对熔融物进行加热。
图3为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的倾斜型水平感应线圈的局部剖切立体图。
如图3所示的倾斜型水平感应线圈(sloped horizontal inductor)140的结构为，形成一体而位于所述垂直型水冷格栅130的下侧，而其内侧面上接触熔融物。
即，本发明与以往的水冷格栅位于感应线圈内侧、而熔融物接触于水冷格栅内侧面的结构不同，其技术上的特征在于，通过构成使熔融物直接接触于倾斜型水平感应线圈140的内侧面的结构，从而使所述倾斜型水平感应线圈140成为既能独自地直接加热熔融物，又能同时起到水冷格栅作用的一体型线圈。
而且，特征还在于，通过使所述倾斜型水平感应线圈140构成下部腔室的下部的同时，使其倾斜地布置，以便平行于熔融物朝斜下方排出的方向，从而能将感应电流更为有效地传递给熔融物。
所述倾斜型水平感应线圈140是由多个管状感应线圈线条倾斜地上下层叠的结构所构成，这是为了协调地应对熔炉内部的热所引起的材料的膨胀等热变形，并使制作变得简单。
在与熔融物接触的所述倾斜型水平感应线圈140的内侧面144上进行合金镀覆(metal alloy coating)，以防止与熔融物的接触所致的腐蚀或物理性损坏，然后在其上面形成氧化铝(Al2O3)等陶瓷材料的镀覆层。
而且，在所述感应线圈线条之间介入有陶瓷材料插入部件146，从而使所述感应线圈线条的热变形最小化。
所述倾斜型水平感应线圈140的一侧具有连接于作为电源供应装置的高频发生器(High Frequency Generator：HFG)上的高频电源供应装置连接部145，该高频电源供应装置连接部145电连接于所述倾斜型水平感应线圈140，而且所述高频电源供应装置连接部145中具备连接于形成在各感应线圈线条内部的冷却水通道管143的冷却水入口141和冷却水出口142。
图4为根据本发明的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的倾斜型水冷底板的外观立体图(a)和局部剖切立体图(b)。
位于所述倾斜型水平感应线圈140下侧的倾斜型水冷底板150是由如图4所示的圆弧形状单元体沿圆周方向相互结合而成的集合体所构成的，而为了能使熔融物顺利地排出，如图1所示，该倾斜型水冷底板150朝所述倾斜型水平感应线圈140向下倾斜的方向偏心而连接在位于所述倾斜型水平感应线圈140的下侧的格栅型熔融物排出部160上。
所述倾斜型水冷底板150的外侧面具有冷却水入口151和冷却水出口152，并连接于形成在所述倾斜型水冷底板150内部的U字形冷却通道板153。
正如这样，通过用单元体的集合构成倾斜型水冷底板150，并在各倾斜型水冷底板150的单元体内部分别设置冷却通道板153，以使冷却介质得以循环，从而能够有效地防止熔融物的热导致的倾斜型水冷底板150的过热。
图5为感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉的格栅型熔融物排出部的立体图，图6为表示在图5所示格栅型熔融物排出部的熔融物排出口水冷格栅周围设置有感应线圈的情形的立体图。
如图5所示，位于所述倾斜型水冷底板150的下侧的熔融物排出部160的上面形成为朝形成于中央部的熔融物排出口164方向的向下倾斜面163，而所述熔融物排出部160的一侧上形成有供应和回收用于防止过热的冷却介质的冷却水入口161和冷却水出口162。
如图6所示，从所述熔融物排出口164向下侧延伸形成而用于使熔融物通过的熔融物排出口水冷格栅165周围具有感应线圈170。
正如这样，通过在熔融物排出口水冷格栅165周围设置感应线圈170，从而在玻璃等陶瓷材料和熔点较高的金属材料的情况下，也能在排出过程中通过高频电能供应而实现直接熔融，因此能够防止熔融物的凝固而使排出顺畅。

Claims (6)

1.一种感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，该感应加热式低温熔炉利用凭借施加于感应线圈上的高频电流而产生于水冷格栅中的感应电流对废弃物进行加热并使之熔融，其特征在于，所述水冷格栅与感应线圈被上下布置，从而由所述感应线圈产生的感应电流直接传递至所述废弃物的熔融物，并通过构成使熔融物直接接触于倾斜型水平感应线圈的内侧面的结构，使所述倾斜型水平感应线圈成为独自直接加热熔融物的同时起到水冷格栅作用的一体型线圈。
2.如权利要求1所述的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，其特征在于，所述水冷格栅由内部形成有U字形冷却通道的多个垂直型水冷格栅集合而成，所述垂直型水冷格栅被构成为使冷却介质分配成多个单位组而进行循环。
3.如权利要求1所述的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，其特征在于，所述感应线圈的下侧具有朝熔融物的排出方向偏心于一侧的向下倾斜的形状的水冷底板，以将熔融物向格栅型熔融物排出部侧收集，而所述感应线圈形成为倾斜的形状，以与所述熔融物的排出方向一致。
4.如权利要求3所述的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，其特征在于，所述感应线圈在与所述熔融物接触的内侧面上形成有耐热性陶瓷涂层。
5.如权利要求3所述的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，其特征在于，所述感应线圈为多个感应线圈线条上下层叠的结构，所述多个感应线圈线条之间插入有陶瓷材料。
6.如权利要求3所述的感应线圈与熔炉一体型感应加热式低温熔炉，其特征在于，所述水冷底板的下侧具有格栅型熔融物排出部，以将通过所述水冷底板收集的熔融物排出，所述格栅型熔融物排出部的上面形成为指向形成于中央部的熔融物排出口的向下倾斜面，而从所述熔融物排出口向下侧延伸形成而用于使熔融物通过的熔融物排出口水冷格栅周围配备有感应线圈。
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