DE3130683A1 - "gefrierventil" - Google Patents

"gefrierventil"

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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Description

Beschreibung :
Die Erfindlang betrifft ein Gefrierventil, das an einer Düse zum Ausgeben eines geschmolzenen Materials am Boden eines Schmelzofens anzuordnen ist. Ein derartiges Gefrierventil wird durch die Verfestigung des geschmolzenen Materials selbst in der Ausgabedüse geschlossen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich dann wirkungsvoll eingesetzt, wenn radioaktiver Abfall eingeglast oder in Glas, Kunst- oder Natursteine und ähnliches unter Verwendung eines Schmelzofens eingeschlossen wird.
Ein Verfahren zum Festlegen von radioaktivem Abfall besteht darin, den Abfall einzuglasen. Bei diesem Verfahren wird der radioaktive Abfall mit einem Flußmittel gemischt und das Gemisch in einem Glasschmelzofen erwärmt und aufgeschmolzen, wobei 'das sich daraus ergebende geschmolzene Glas vom Ofen ausgegeben und zum Verfestigen abgekühlt wird. Um das geschmolzene Glas vom Ofen in einen Aufnahmebehälter für das geschmolzene Glas auszugeben, der unter dem Ofen angeordnet ist, ist es erforderlich, daß eine Düse zum Ausgeben des geschmolzenen Glases mit einer Einrichtung versehen ist, die den geschmolzenen Glasstrom fließen läßt und unterbricht. Eine derartige Einrichtung ist als ein sogenanntes Gefrierventil bekannt .
"Ein herkömmliches Gefrierventil umfaßt eine Heiz- und Kühleinheit zum Erwärmen oder Abkühlen der Düse zum Ausgeben des geschmolzenen Glases, die am Bodenteil eines Schmelzofens angeordnet ist, um dadurch den Fluß des geschmolzenen Glases fließen zu lassen oder zu unterbrechen. Das in der Düse ver-
festigte Glas wird nämlich durch ein Erwärmen der DUse aufgeschmolzen j damit der Strom geschmolzenen Glases fließen kann, "während durch ein Abkühlen der Düse das geschmolzene Glas in der Düse verfestigt wird, um die Düse zu verstopfen und den Strom geschmolzenen Glases zu unterbrechen«, Der Begriff "Gefrierventil" beschreibt diese Funktion!
Da die Radioaktivität im Bereich um einen Glasschmelzofen, der dazu benutzt wird, radioaktiven Abfall in Glas festzulegen, außerordentlich hoch ist, sollte der Schmelzofen in einer Kammer installiert sein, die mit einer Sicherheitseinrichtung gegenüber der Strahlung, beispielsweise einer Betonabschirmung s, versehen ist, wobei der Betrieb und die Wartung des Schmelzofens ferngesteuert werden sollten«, Es ist daher notwendig? daß ein Gefrierventil am Glasschmelzofen angebracht ist, das- einen einfachen Aufbau hat, leicht betätigt werden kann und ohne Schwierigkeiten über eine lange Lebensdauer arbeitet« Da das betreffende Material Glas mit einer hohen Temperatur (1OOO°-12OO°C im üblichen Fall und etwa 135O°C im Extremfall) und einer hohen Radioaktivität ist, ist es notwendig, daß das Gefrierventil zum Steuern des Fließens und zum Unterbrechen des Flusses des Materials genau und zuverlässig betätigt werden kann«
Wenn jedoch der Strom des geschmolzenen Glases unter Verwendung eines herkömmlichen Gefrierventils unterbrochen wird, das oben beschrieben wurde, nimmt die Viskosität des Glases schnell mit der Abkühlung der Ausgabedüse zu, und wird das fädenziehende Glas so verfestigt, daß sich ein dünner langer Glasfaden bildet, der vom unteren Ende der Düse zu einem Aufnahmebehälter für das geschmolzene Glas verläuft, der unter der Düse angeordnet ist. Unter diesen Um= ständen würde der Glasfaden aufgrund der Restspannung brechen» Das führt zu einem Verstreuen der Bruchstücke des Glasfadens und zu einer Verteilung der radioaktiven Konta-
mination. Auch wenn der Behälter zum Aufnehmen des geschmolzenen Glases von der Unterseite des Schmelzofens entfernt wird, um einen Deckel auf den Behälter zu setzen, würde der dünne Glasfaden, der vom Behälter vorsteht, gebogen, so daß er bricht. Ein derartiger Glasfaden würde auch den Deckel beschädigen, wenn der Deckel auf den Behälter geschweißt wird, um das Glas darin dicht einzuschliessen. Es ist daher notwendig zu verhindern, daß sich ein langer Glasfaden bildet, wenn das fädenziehende geschmolzene Glas so wie es ist verfestigt wird, wobei jedoch bisher keine besondere Maßnahmen getroffen wurden, dieses Problem zu lösen.
Wenn der in der oben beschriebenen Weise gebildete lange Glasfaden gebogen wird, bleibt notwendigerweise eine große Menge verfestigten Glases am unteren Endbereich der Düse. Wenn folglich die Düse erwärmt wird, um den Strom des geschmolzenen Glases wieder in Gang zu setzen, stören sich das verfestigte Glas, das am unteren Endbereich der Düse geblieben ist, und der Strom des geschmolzenen Glases, so daß das geschmolzene Glas daran gehindert wird, in einer senkrechten Richtung zu strömen. Das hat zur Folge, daß das geschmolzene Glas neben den Aufnahmebehälter fällt, der in einer Linie zur Düse ausgerichtet angeordnet ist, oder an der Innenfläche einer Schutzhaube hängenbleibt, die zwischen der Düse und dem Aufnahmebehälter angeordnet ist.
Es ist daher außerordentlich wünschenswert, ein Gefrierventil zu entwickeln, das frei von den oben beschriebenen ■Schwierigkeiten ist und es erlaubt, in zuverlässiger Weise den Strom des geschmolzenen Glases fließen zu lassen und zu unterbrechen.
Durch die Erfindung soll ein Gefrierventil mit einem einfachen Aufbau geschaffen werden, das leicht ferngesteuert
werden kann und frei von Schwierigkeiten ist*
Durch die Erfindung soll insbesondere ein Gefrierventil geschaffen werden, das den Strom geschmolzenen Glases in einem Schmelzofen zuverlässig- fließen lassen und unterbrechen kann, ohne daß ein langer Glasfaden aufgrund der Verfestigung des fädenziehenden geschmolzenen Glases gebildet wird, und ohne daß eine große Menge an verfestigtem Glas am unteren Ende der Düse zum Ausgeben des geschmolzenen Glases zurückbleibt»
Durch die Erfindung soll weiterhin ein Verfahren zum Unterbrechen und Fließenlassen eines Stromes geschmolzenen Glases in einem Schmelzofen unter Verwendung des oben beschriebenen Ge£rierv©ntils angegeben werden.
Das erfindungsgemäße Gefrierventil, das an einer Düse zum Ausgeben von geschmolzenem Glas am Boden eines Glasschmelzofens anzubringen ist, umfaßt wenigstens zwei Tempera tursteuereinheiten, von denen jede eine Heiz- und Kühleinrichtung aufweist, wobei die Temperatursteuereinheiten um die Glasausgabedüse so vorgesehen sind, daß sie in einer Reihe zueinander in Längsrichtung der Düse angeordnet sind, ein Wärmeisolierelement, das zwischen die Temperatursteuereinheiten eingefügt ist und thermisch die Temperatursteuereinheiten gegeneinander isolieren kann, um dadurch die oberen und unteren Teile der Düse jeweils unabhängig zu erwärmen und abzukühlen, und eine Einrichtung zum Ausstoßen eines Gases unter hohem Druck, die am unteren Ende der Düse angeordnet ist und ein Gas unter hohem Druck zur Achse der Düse ausstoßen kann.
Die Heiz- und Kühleinrichtung umfaßt vorzugsweise eine Hochfrequenzwicklung s die aus einem Hohlrohr besteht, das um die Ausgabedüse gewickelt ist, eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochfrequenz an die ¥icklung9 um Induktionswärme her-
vorzurufen und dadurch die Düse zu erwärmen, und eine Einrichtung zum Einführen von Kühlwasser in das Hohlrohr, um dadurch die Düse abzukühlen.
Durch die Erfindung wird gleichfalls ein Verfahren zum Unterbrechen und Fließenlassen des Stromes geschmolzenen Glases von einer Düse zum Ausgeben des geschlossenen Glases geliefert, die am Boden eines Glasschmelzofens angeordnet ist, wobei das erfindungsgemäße Verfahren darin besteht, daß wenigstens zwei Temperatursteuereinheiten um die Düse herum so angeordnet werden, daß sie in einer Reihe miteinander in Längsrichtung der Düse angeordnet sind und j die oberen und unteren Teile der Düse jeweils unabhängig voneinander erwärmt und abgekühlt werden können, daß dann, wenn das geschmolzene Glas aus der Düse fließen soll, sowohl der obere als auch der untere Teil der Düse erwärmt werden, um das Glas in der Düse in ausreichendem Maße zu schmelzen, daß dann, wenn der Strom des geschmolzenen Glases von der Düse unterbrochen werden soll, der obere Teil der Düse abgekühlt wird, um das geschmolzene Glas im oberen Teil der Düse zu verfestigen, während der untere Teil der Düse erwärmt wird, um das geschmolzene Glas im unteren Teil der Düse herausfließen zu lassen, und daß anschließend der untere Teil der Düse abgekühlt wird und ein Gas unter hohem Druck am unteren Ende der Düse in Richtung auf die Achse der Düse ausgestoßen wird.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gefrierventils;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines weiteren Ausfüh-
rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gefrierventils; und
Fig» 3 eine Schnittansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gefrierventils.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, ist eine Düse 2 zum Ausgeben geschmolzenen Glases aus einem wärme- und glasbeständigen Metallmaterial durch eine Bodenwand eines Glasschmelzofens 1 hindurch angeordnet. Es ist eine Aussparung 1a im unteren Teil der Bodenwand 1 des Ofens in der Nähe der Düse 2 vorgesehen. In der Aussparung 1a ist eine erste oder obere Hochfrequenzwicklung 3a um den oberen Teil der Düse 2 herum angeordnet und in seiner Lage durch ein Festlegungsmaterial 4 fest angebracht. Eine zweite oder untere Hochfrequenzwicklung 3b ist gleichfalls um den unteren Teil der Düse 2 angeordnet und in seine Lage durch ein Festlegungsmaterial 4 fest angebracht. Die beiden Hochfrequenzwicklungen 3a und 3b bestehen aus einer gewickelten Rohrleitung, durch die Kühlwasser fließt. Die erste und die zweite Hochfrequenzwicklung 3a und 3b sind thermisch dadurch isoliert, daß dazwischen ein Wärmeisolier== element 5 angeordnet ist, so daß diese Wicklungen 3a und 3b unabhängig gesteuert und getrennt einer Erwärmung oder einer Abkühlung unterworfen werden können. Am unteren Ende der Glasausgabedüse 2 ist eine Gruppe von Hochdruckgas-Ausstoßöffnungen 6 vorgesehen.
Fig. 2 und 3 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei Bauteile, die denjenigen bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Diese Bauteile, die in Figo 2 und 3 dargestellt sind, werden daher nicht nochmals
im einzelnen beschrieben. Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten. Ausführungsbeispielen sind die erste und zweite Hochfrequenzwicklung 3a und 3b um den Teil der Glasausgabedüse 2 gewickelt, der direkt von der Unterfläche des Schmelzofens 1 nach unten vorsteht. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Hochdruckgas-Äusstoßöffnungen 6 in der unmittelbaren Nähe des Umfanges des unteren Endes der Glasausgabedüse 2 vorgesehen.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Gefrierventils näher erläutert.
j Um das geschmolzene Glas vom Glasschmelzofen auszugeben,wird ein hochfrequenter Strom den beiden hochfrequenten Wicklungen 3a,3b zugeführt, um die Glasausgabedüse 2 einer Induktionserwärmung auszusetzen und dadurch das Glas in der Düse 2 schmelzen und aus der Düse 2 heraus fließen zu lassen. Selbst in diesem Fall ist es notwendig, Kühlwasser in die Hochfrequenzwicklungen 3a,3b einzuführen, um zu verhindern, daß die Temperatur der Wicklungen 3a,3b selbst zu stark ansteigt.
Um das Herausfließen des geschmolzenen Glases zu unterbrechen, wird der hochfrequente Strom unterbrochen, der der ersten oder oberenHochfrequenzwicklung 3a zugeführt wird, wobei das Kühlwasser weiter eingeführt wird, während der hochfrequente Strom weiter der zweiten oder unteren Hochfrequenzwicklung 3b zugeführt wird, um nur die zweite Hochfrequenzwicklung 3b im erwärmten Zustand zu halten. Das hat zur Folge, daß das geschmolzene Glas im oberen Teil der Düse 2 abgekühlt und verfestigt wird, um dadurch das Herausfliessen des geschmolzenen Glases im Schmelzofen zu unterbrechen. Das im Bereich der zweiten Hochfrequenzwicklung 3b verbliebene geschmolzene Glas fließt andererseits aus der Ausgabedüse 2 heraus.
Beim letzten Schritt der Unterbrechung des Glasstromes wird ein Hochdruckgas, beispielsweise Luft oder Stickstoffgas, aus den Hochdruckgas-Ausstoßöffnungen 6 ausgestoßen, die um das untere oder freie Ende der Düse 2 herum angeordnet sind, um dadurch das fädenziehende Glas durchzuschneiden und gleichzeitig das freie Ende der Düse 2 schnell abzukühlen. Es versteht sich, daß die Zuführung des hochfrequenten Stromes zur zweiten oder unteren Hochfrequenzwicklung 3b während dieses letzten Schrittes unterbrochen wird, um ihre Erwärmung zu unterbrechenc
Der oben beschriebene Arbeitsvorgang erlaubt es, wirksam den Strom des geschmolzenen Glases zu unterbrechen, ohne daß Glas im freien Endteil der Düse 2 zurückbleibt, und ohne daß das geschmolzene Glas Fäden zieht, was dazu führen würde, daß sich ein Glasfaden zwischen der Düse 2 und einem nicht dargestellten Aufnahmebehälter für das geschmolzene Glas bildet ρ der sich unter der Düse befindet.
Der wichtigste Aspekt bei dem Aufbau des erfindungsgemäßen Gefrierventils besteht darin, den Ort und die Form der unteren Heizquelle zu bestimmen, um in. ausreichendem Maße den freien Endteil der Düse 2 zu erwärmen. Wenn der freie Endteil der Düse nicht in ausreichendem Maße erwärmt wird, nimmt die Temperatur dieses Teils nicht in ausreichendem Maße zu, so daß die Gefahr besteht, daß sich fädenziehendes Glas bildet.
Der zweite wichtigste Aspekt der Erfindung besteht darin, in vielcher Weise der obere Teil der Düse 2 in ausreichendem Maße abgekühlt wird. Um für eine derartige ausreichende Abkühlung des oberen Teiles der Düse zu sorgen, ist es gleichfalls wichtig, den oberen Teil der Düse während der Erwärmung des unteren Teils der Düse wärmezuisolieren. Das Wärmeisolierelement 5, das bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist, bewirkt eine thermische Trennung
des oberen Teils der Düse vom unteren Teil in sehr wirksamer Weise.
Im Obigen wurde die Erfindung anhand des Aufbaus und der Arbeitsweise bestimmger Ausführungsbeispiele beschrieben. Obwohl keine Beschränkung hinsichtlich des Materials für die Düse und der Art des Heiz- und Kühlsystems besteht, ist das bei den Ausführungsbeispielen verwandte Heizsystem, bei dem eine Düse aus einem wärme- und glasbeständigen Metallmaterial einer Induktionsheizung über eine Hochfrequenz unterworfen wird,in Hinblick auf die Lebensdauer, die Steuerbarkeit und den einfachen Aufbau bevorzugt. Bei einem derarti-. gen Induktionsheizsystem ist es notwendig, Kühlwasser in die Hochfrequenzwicklungen einzuleiten, wobei das Kühlwasser gleichfalls dazu verwandt werden kann," die Düse zu kühlen, wenn die Erwärmung der Düse unterbrochen ist. Vom oben be-, schriebenen Standpunkt aus ist zu berücksichtigen, daß das Induktionsheizsystem am stärksten bevorzugt als Heiz- und Kühleinrichtung gemäß der Erfindung verwandt wird. Drei oder mehr ,Heiz- und Kühleinrichtungen können natürlich bei dem erfindungsgemäßen Gefrierventil vorgesehen sein. Es ist jedoch bevorzugt, zwei Heiz- und Kühleinrichtungen zu verwenden, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt wurde, da der Aufbau mit zunehmender Anzahl von Heiz- und Kühleinrichtungen komplizierter wird, und da keine merkliche Verbesserung in der Funktion zu erwarten ist, selbst wenn die Anzahl der Heiz- und Kühleinrichtungen zunimmt.
Das erfindungsgemäße Gefrierventil mit dem oben beschriebenen Aufbau weist keine mechanisch oder elektrisch beweglichen Teile auf und kann aus einem strahlungs- und wärmebeständigen Material gebildet werden, das allgemein bekannt ist und in weitem Umfang verwandt wird. Dieses Gefrierventil nutzt sich daher kaum ab, ermüdet kaum und wird nicht durch
Strahlung oder durch Wärme beschädigt, so daß es nahezu niemals ausfällt oder in seiner Arbeit schlechter wird oder in seiner Leistungsfähigkeit abnimmt. Das erfindungsgemäße Gefrierventil kann tatsächlich stabil über eine lange Zeitdauer benutzt werden. Darüberhinaus arbeitet dieses Gefrierventil in sehr einfacher Weise, d.h. nur durch ein Erwärmen und Abkühlen der büse und durch das Ausstoßen eines Hochdruckgases, so daß es leicht ferngesteuert werden kann. Da dieses Gefrierventil gleichsfalls einen einfachen Aufbau hat9 können seine Abmessungen in starkem Maße herabgesetzt werden*
Wenn das erfindungsgemäße Gefrierventil benutzt wird* beginnt das geschmolzene Glas aus der Ausgabedüse innerhalb kurzer Zeit herauszufließen, da die Düse unter Verwendung einer Vielzahl von Heizeinrichtungen erwärmt wird. Um das Herausfließen des Glases zu unterbrechen, wird der obere Teil der Düse abgekühlt, um darin das Glas zu verfestigen, während der untere Teil der Düse weiterhin in ausreichendem Maße ,erwärmt wird. Es bleibt daher keine große Glasmenge im unteren Endteil der Düse zurück. Darüberhinaus wird ein Hochdruckgas am unteren Endteil der Düse ausgestoßen, um das fädenziehende Glas zu durchschneiden und den unteren Endteil der Düse sofort schnell abzukühlen, so daß die Bildung eines langen Fadens aus verfestigtem Glas verhindert werden kann.
Leerseite

Claims (5)

  1. Dir. F. Zumsteöm sen.-- Ör.~E.-ÄB^ms.nn'-'Dr.:R. Koenlgsberger -Phys. R. Hoi^bauer - DipL-Ing.'F. kiingselsen - Dr. F. Zumstein jun.
    PATENTANWÄLTE
    inchon 2 · BrüuhausstraBo 4 · Telefon Semmol-Nr 2263 41 ■ Tclogrammo Zumpat · Telox 32Θ97Θ
    3/Li Refs294»TY
    DORYOKURO KAKIMENRYO KAIHATSU JIGYODAN, Tokyo, Japan
    Gefrierventil
    Patentansprüche
    1* Gefrierventil zur Anordnung an einer Düse zum Ausgeben geschmolzenen Glases, die am Boden eines Glasschmelzofens vorgesehen ist, mit einer Temperatur.steuereinheit, die um die Glasausgabedüse herum angeordnet ist und eine Heiz- und Kühleinrichtung aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere TemperaturSteuereinheit, die um die Glasausgabedüse herum so vorgesehen ist, daß sie in einer Reihe mit der anderen Temperatursteuereinheit in Längsrichtung der Düse angeordnet ist, ein Wärmeisolierelement, das zwischen den Temperatur= Steuereinheiten angeordnet ist und thermisch die Temperatursteuereinheiten gegeneinander isolieren kann* um den oberen und den unteren Teil der Düse jeweils unabhängig voneinander zu erwärmen und-abzukühlen, und eine Einrichtung zum Ausstoßen eines Gases unter hohem
    Druck, die am unteren Ende der Düse angeordnet ist und Gas unter hohem Druck zur Achse der Düse ausstoßen kann.
  2. 2. Gefrierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und Kühleinrichtung eine Hochfrequenzwicklung, die aus einem Hohlrohr besteht, das um die Düse gewickelt ist, eine Einrichtung zum Anlegen einer Hochfrequenz an die Wicklung, um eine Induktionsheizung zu bewirken und dadurch die Düse zu erwärmen, und eine Einrichtung umfaßt, die Kühlwasser in das Hohlrohr einleitet, um· dadurch die Düse zu kühlen.
  3. 3. Gefrierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Gas unter hohem Druck -ausstoßende Einrichtung eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen umfaßt, die in der Nähe des unteren Endes der Düse und um das untere Ende der Düse herum angeordnet sind.
  4. 4. Gefrierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasausgabedüse aus einem wärme- und glasbeständigen Material besteht.
  5. 5. Verfahren zum Strömenlassen geschmolzenen Glases und zum Unterbrechen des Strömens des geschmolzenen Glases von einer Düse zum Ausgeben von geschmolzenem Glas, die am Boden eines Glasschmelzofens angeordnet ist, wobei eine Temperatursteuereinheit um die Glasausgabedüse herum angeordnet wird, um die Düse zu erwärmen und abzukühlen und das Glas in der Düse zu schmelzen und zu verfestigen, dadurch gekennzeichnet, daß
    wenigstens eine weitere Temperatursteuereinheit um die Glasausgabedüse herum so vorgesehen wird, daß sie in einer Reihe mit der anderen Temperatursteuereinheit in Längsrichtung der Düse angeordnet ist, und der obere und der untere Teil der Düse unabhängig voneinander jeweils
    erwärmt und abgekühlt werden können.
    daß dann, wenn das geschmolzene Glas aus der Düse fliessen soll, der obere und der untere Teil der Düse erwärmt werden, um in ausreichendem Maße das Glas in der Düse zu schmelzen,
    daß dann? wenn das Fließen des geschmolzenen Glases von der Düse unterbrochen werden soils, der obere Teil der Düse abgekühlt wird9 um das geschmolzene Glas im oberen Teil der Düse zu verfestigen;, während der untere Teil der Düse erwärmt wird, damit das geschmolzene Glas im unteren Teil der Düse herausfließen kann, und daß anschließend der untere Teil der Düse abgekühlt wirp und ein Gas unter hohem Druck am unteren Ende der Düse in Richtung auf die Achse der Düse ausgestoßen wird«
DE3130683A 1980-08-05 1981-08-03 Auslaßventil für den Bodenauslaß eines Glasschmelzofens sowie Verfahren zum Ablassen des geschmolzenen Glases vom Bodenauslaß des Glasschmelzofens Expired DE3130683C2 (de)

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