JP2010163290A - ガラス溶融炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス溶融炉において、溶融ガラスを直接攪拌する機械的攪拌装置を用いることなく、金属粒子の堆積を効果的に抑止することができると共に、ガラスの溶融性能を向上することができる溶融炉を提供する。
【解決手段】溶融ガラスが貯留される溶融炉本体２と、前記溶融炉本体の側壁に相対向するように配置された加熱用の電極２０と、前記溶融炉の下部に設けられた排出孔１０とを有するガラス溶融炉において、前記溶融炉本体の底部２ａは、前記排出孔１０に向けて傾斜する斜面を有し、前記斜面に、同斜面に沿って流れる溶融ガラス中の金属粒子の移動を阻害するように、凹部及び／または凸部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス溶融炉、特に溶融ガラス内の金属粒子が炉の底部に堆積することを抑制するガラス溶融炉に関する。

原子力施設において排出される高レベル放射性廃液は、前処理された後、ガラス溶融炉内で溶融ガラスに混入され、そしてその放射性廃液が混入された溶融ガラスが別の容器に注入され、同容器と共に固化され、放射性廃棄物保管施設に保管されるガラス固化体を形成している。
この種の溶融炉は、一般に溶融炉の側壁に相対向するように設けられた電極に通電し、電極間のガラスのジュール熱により、ガラスを加熱するように構成されている。

ところが、溶融炉内に供給される廃液には金属粒子が含まれており、溶融炉内には自然対流はあるものの、これら金属粒子が溶融炉の底部の一部に集中して堆積してしまうことがある。このため、溶融炉の底部に堆積された金属粒子が溶融炉の排出口を閉塞したり、電極間が、堆積された金属粒子により短絡状態となって、溶融ガラスを十分に加熱できず、さらには底部の短絡路を流れる過剰電流により底部が焼損してしまう問題が生じる可能性がある。

そこで、溶融炉内に機械的な攪拌装置を設け、金属粒子の堆積を抑制する試みがなされている。また特許文献１においては、溶融炉の底部の外側に、溶融炉内の溶融ガラスに上向きの電磁力が作用するコイルを設け、該電磁力により溶融ガラスの攪拌を行うように構成されている。

特開２００１−１６３６２４号公報

上述した機械的攪拌装置を設けた溶融炉においては、高温の溶融ガラスを直接機械的に攪拌する部材を有しているので、こまめにメンテナンス必要があり、メンテナンスが大きなロードとなる。
また電磁力が作用するコイルを設けた溶融炉においては、重量のある溶融ガラスの攪拌は必ずしも十分ではなかった。

本発明は、上述したようなガラス溶融炉において、溶融ガラスを直接攪拌する機械的攪拌装置を用いることなく、金属粒子の堆積を効果的に抑止することができると共に、ガラスの溶融性能を向上することができる溶融炉を得ることを目的とする。

この目的を達成するために創案されたもので、本発明の請求項１に係るガラス溶融炉は、溶融ガラスが貯留される溶融炉本体と、前記溶融炉本体の側壁に相対向するように配置された加熱用の電極と、前記溶融炉の下部に設けられた排出孔とを有するガラス溶融炉において、前記溶融炉本体の底部は、前記排出孔に向けて傾斜する斜面を有し、前記斜面に、同斜面に沿って流れる溶融ガラス中の金属粒子の移動を阻害するように、凹部及び／または凸部が形成されたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るガラス溶融炉は、請求項１の発明において、前記凹部及び／または凸部は、前記斜面上に複数形成され、互いに不連続であることを特徴とする。
本発明の請求項３に係るガラス溶融炉は、請求項２の発明において、前記凹及び／または凸部は、前記斜面における前記排出孔から設定値以上離れている部分にのみ設けられていることを特徴とする。

本発明に係るガラス溶融炉において、前記凹部及び凸部のうちの凹部には、円穴，角穴などの小穴や長穴，凹条などの長さ寸法を有する窪み（溝）を含み、一方、凹部及び凸部のうちの凸部には、円柱，角柱などの小突起や突条などの長さ寸法を有する突起を含む。
また、本発明に係るガラス溶融炉において、前記凹部及び／または凸部と、これらの凹部及び／または凸部が形成された前記斜面との境目には、金属粒子が堆積するのを阻止するうえで丸み付け加工を施すことが望ましい。

本発明の請求項１のガラス溶融炉によれば、溶融ガラス中の金属粒子が、自身の重量により沈降し、溶融炉本体の底部の斜面に到達する。そして、その金属粒子は、さらに同斜面に沿って低いところへ流れようとするが、前記斜面に形成された前記凹部及び／または凸部により、その移動を阻害される。その結果、底部の一部、特に底部における斜面と斜面との境界部に集中して金属粒子が堆積することを遅らせることができる。しかも、機械的攪拌装置のように高温の溶融炉を直接機械的に攪拌する部材を有していないので、そのメンテナンスに大きなロードがかかることがない。

本発明の請求項２のガラス溶融炉によれば、前記凹部及び／または凸部が、前記斜面上に複数形成され、互いに不連続である。これにより、これら凹部及び／または凸部に金属粒子が堆積したとしても、その堆積した金属粒子によって、溶融ガラス内に電流の通路が形成されてしまうことがない。
本発明の請求項３のガラス溶融炉によれば、前記凹部及び／または凸部が、前記斜面上における前記排出孔から設定値以上離れた部分にのみ設けられている。これにより、排出孔から溶融ガラスを排出する際に、これら凹部及び／または凸部が流動抵抗となることを低減できる。

本発明の実施例１に係るガラス溶融炉の縦断面図である。 図１の要部断面図である。 図２のIII−III線に沿う矢視断面図である。 実施例１の変形例を説明するための断面図である。 本発明の実施例２を示す要部断面図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

まず、実施例１を図１〜図３に従って説明する。図１は実施例１に係るガラス溶融炉の縦断面図、図２は同溶融炉底部の斜面を示す正面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図である。
溶融ガラスＧが貯留される溶融炉本体２は、水平断面において四角形状を呈し、底部２ａは４つの三角形の斜面からなる逆四角錐形状を呈している。溶融炉本体２の上部には、同溶融炉本体２内にガラスビーズを供給する供給管４と、廃液を投入するための供給管６が設けられている。溶融炉本体２の下部には、同溶融炉本体２内の溶融ガラスＧをキャニスタ８内に流下させる排出孔としての流下ノズル１０が設けられている。つまり、逆四角錐形状の底部２ａを構成する４つの斜面は、流下ノズル１０に向けて傾斜しており、溶融炉本体２内の溶融ガラスＧがスムースに流下ノズルに向けて流れるように構成されている。溶融炉本体２は、耐火物Ａにより周りを囲まれている。

溶融炉本体２の一対の側壁には、相対向するように配置された加熱用の主電極１２ａ及び１２ｂが設けられ、また溶融炉本体２の逆四角錐形状の底部２ａの一対の斜面には、相対向するように配置された加熱用の補助電極１４ａ及び１４ｂが設けられている。溶融炉本体２の最下部及び流下ノズル１０の上部にかけて底部電極１６が設けられている。流下ノズル１０の周りには、誘導加熱コイル１８が設けられている。溶融炉本体２の上部には、間接的に溶融ガラスＧを加熱する加熱装置２０が設けられている。

なお、上述の各電極には、図示しないが、温度センサと各電極を冷却することができる冷却風通路が設けられており、各電極を所望の温度に制御することができる。
この溶融炉の稼働状態において、ガラスビーズは供給管４から溶融炉本体２内に供給され、廃液は供給管６溶融炉本体２内に供給され、加熱装置２０、主電極１２ａ，１２ｂまたは補助電極１４ａ，１４ｂの通電により、ガラスビーズを溶融し、廃液を含んだ溶融ガラスＧが得られる。そして、主電極１２ａ，１２ｂ及び／または補助電極１４ａ，１４ｂの通電量または冷却風量を制御することにより、溶融ガラスＧを所望の温度に保つように構成されている。なお、符号Ｇ１で示されるものは、溶融ガラスＧの表面に存在する仮焼層と呼ばれる酸化物である。

底部電極１６及び誘導加熱コイル１８によって流下ノズル１０が加熱されていない状態では、流下ノズル１０内で溶融ガラスＧは固化されているため、溶融ガラスＧの流下ノズル１０からの流下が阻止される。逆に、底部電極１６及び誘導加熱コイル１８によって流下ノズル１０を加熱すると、流下ノズル１０内で固化されていたガラスが溶融して溶融ガラスＧとなって同流下ノズル１０からキャニスタ１０内に流下する。

そして、本実施例において、溶融炉本体２の底部２ａの斜面には、図２及び図３に示されるように、斜面から突出した複数の突条２４が設けられている。これらの突条２４は、同斜面に沿って流れる溶融ガラスＧ中の金属粒子の移動を阻害する機能を有している。具体的には、金属粒子が斜面に沿って真直ぐに流れることを阻害し、さらに金属粒子を三角形の斜面の中央に向けて案介するように、斜面の幅方向中央に向かうにつれて下がるように傾斜されている。なお、これら突条２４は、互いに不連続であり、その不連続な部分において、金属粒子がそのまま斜面に沿って流れる。

このように構成された実施例１のガラス溶融炉による作用効果を説明する。溶融ガラス中の金属粒子が、自身の重量により沈降し、溶融炉本体２の底部２ａの斜面に到達する。そして、その金属粒子は、さらに矢印Ａで示すように同斜面に沿って低いところへ流れようとするが、前記斜面に形成された突条２４により、その移動を阻害される。その結果、底部２ａの一部、特に底部における斜面と斜面との境界部に集中して金属粒子が堆積することを遅らせることができる。さらに突条２４が斜面の幅方向中央に向かうにつれて下がるように傾斜されているので、金属粒子が斜面の中央に案内される。これにより、金属粒子が底部２ａにおける斜面と斜面との境界部に金属粒子が堆積してしまうことを効果的に避けることができる。しかも、機械的攪拌装置のように高温の溶融炉を直接機械的に攪拌する部材を有していないので、そのメンテナンスに大きなロードがかかることがない。

また、突条２４が、底部２ａの斜面上に複数形成され、互いに不連続であるのに加えて、複数の突条２４と、これらの突条２４が形成された斜面との境目には、丸み付け加工が施してあるので、これらの突条２４に金属粒子が堆積することがほとんどなく、また、例えこれらの突条２４に金属粒子が堆積したとしても、その堆積した金属粒子によって、溶融ガラスＧ内に電流の通路が形成されてしまうことがない。

上述した実施例１においては、底部２ａの斜面に、同斜面から突出した複数の突状２４を設けたが、その代わりに、底部２ａの斜面に、同斜面から凹んだ複数の凹条２６を設けることが可能である。これら凹条２６は、実施例１を示す図２の突条２４と同じ部分に配置されていて、その断面は図４に示されるとおりであり、複数の凹条２６と、これらの凹条２６が形成された斜面との境目には、丸み付け加工が施してある。これら凹条２６を設けることによっても、実施例１のものと実質的に同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係るガラス溶融炉を図５に従って説明する。
このガラス溶融炉は、図５に示されるように、溶融炉本体２の底部２ａの斜面に、多数の突起２８が形成されている。これら突起２８は、底部２ａの斜面上における流下ノズル１０から設定値以上離れた部分にのみ設けられている。
このように構成された第２実施例の溶融炉の作用効果を説明する。溶融ガラス中の金属粒子が、自身の重量により沈降し、溶融炉本体２の底部２ａの斜面に到達する。そして、その金属粒子は、さらに矢印Ａに沿って同斜面に沿って低いところへ流れようとするが、前記斜面に形成された突起２８により、その移動を阻害される。その結果、底部２ａの一部、特に底部における斜面と斜面との境界部に集中して金属粒子が堆積することを遅らせることができる。しかも、機械的攪拌装置のように高温の溶融炉を直接機械的に攪拌する部材を有していないので、そのメンテナンスに大きなロードがかかることがない。また、突起２８が、底部２ａの斜面上における流下ノズル１０から設定値以上離れた部分にのみ設けられているので、流下ノズル１０から溶融ガラスを排出する際に、これら突起２８が流動抵抗となることを低減できる。なお、この設定値は実験等により適切な値に設定される。

上述した実施例２においては、底部２ａの斜面に、同斜面から突出した多数の突起２８を設けたが、その代わりに、底部２ａの斜面における突起２８と同じ部分に、図示しないが、同斜面から凹んだ多数の凹部を設けることが可能である。このように多数の凹部を設けることによっても、実施例２のものと実質的に同様の作用効果を得ることができる。さらに、底部２ａの斜面に突起２８もしくは凹部を多数設ける代わりに、斜面全体を粗面（きめの粗い面）に加工することによっても、実施例２のものと同様の作用効果を得ることができる。なお、その粗面は、斜面上における流下ノズル１０から設定値以上離れた部分のみに設けることが好ましい。

本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、上述した構成を変形することが可能である。

２ ガラス溶融炉本体
２ａ 底部
２４ 突条
２６ 凹条
２８ 突起
Ｇ 溶融ガラス
Ｇ１ 仮焼層

Claims (3)

1. 溶融ガラスが貯留される溶融炉本体と、前記溶融炉本体の側壁に相対向するように配置された加熱用の電極と、前記溶融炉の下部に設けられた排出孔とを有するガラス溶融炉において、
   前記溶融炉本体の底部は、前記排出孔に向けて傾斜する斜面を有し、
   前記斜面に、同斜面に沿って流れる溶融ガラス中の金属粒子の移動を阻害するように、凹部及び／または凸部が形成された
   ことを特徴とするガラス溶融炉。
2. 前記凹部及び／または凸部は、前記斜面上に複数形成され、互いに不連続であることを特徴とする請求項１記載のガラス溶融炉。
3. 前記凹部及び／または凸部は、前記斜面における前記排出孔から設定値以上離れている部分にのみ設けられていることを特徴とする請求項２記載のガラス溶融炉。

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