JP2954896B2 - コールドクルーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜き出し装置 - Google Patents

コールドクルーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜き出し装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コールドクルーシ
ブル誘導溶融炉を用いて金属等の溶融対象物を誘導加熱
する際に、炉内で形成された溶融物を確実に効率よく抜
き出すための溶融物抜き出し装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コールドクルーシブル誘導溶融炉は、ス
リットで分割された水冷式の金属製コールドクルーシブ
ルを同じく水冷式の高周波コイル内に配置した構造を有
しており、この溶融炉内に溶融対象物として例えば金属
を投入して高周波コイルに高周波電流を供給すると、金
属が誘導加熱されて溶融物となる。この際、電磁場の作
用により溶融物自体に浮上力が働き、炉体に直接接触さ
せずに溶融できるため、高融点の物質を溶融できるとと
もに、溶融物による炉体の侵食が少ないという特徴があ
る。さらに炉体自体が水冷されているため、その耐熱温
度に制限されることなく溶融物の高温溶融が可能とな
る。そのため現在、鉄鋼業界において特殊金属の溶融等
に利用されている。
【０００３】一方、かようなコールドクルーシブル誘導
溶融炉を用いて、原子力関連施設等から発生する可燃
物、金属、ガラス、その他の不燃物等の多岐にわたる物
質を含む放射性雑固体廃棄物を一括して簡便に溶融処理
する方法が本発明と同一の出願人から特許出願されてい
る（特開平７−６３８９５号、以下“先願方法”とい
う）。
【０００４】この先願方法は、コールドクルーシブル誘
導溶融炉内に放射性雑固体廃棄物を投入し、高周波コイ
ルに高周波電流を供給すると、雑固体廃棄物中に含まれ
ている金属等の導電性物質が先ず誘導加熱されて溶融す
る。この時の発熱によりその周囲の他の導電性の低い雑
固体廃棄物も間接的に加熱される。すなわち金属が溶融
加熱の起動源となり全体が溶融状態とされる。
【０００５】かような先願方法によれば、金属溶融の場
合は上述したように電磁場の作用により溶融物自体に浮
上力が働くため炉体に直接接触せず、またガラス溶融の
場合も炉体との接触面が冷却されて固体層（スカル層）
となり金属と同様に高温溶融物の炉体との直接接触がな
いため、炉体の高温侵食が発生することもなく、さらに
は溶融物の高温溶融も可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したコールドクル
ーシブル誘導溶融炉を用いる連続溶融運転を行なうため
には、高温の溶融物を炉から抜き出さなくてはならな
い。従来の溶融物抜き出し方法としては、溶融炉自体を
傾斜させて炉頂部から溶融物を溢流させる方式や、炉内
部を加圧して炉底部の流出孔から流下させる方式等が考
えられているが、前者の方式では炉体を傾斜させるため
の可動構造が必要となり、後者の方式では炉体を気密構
造とする必要があるといった課題がある。
【０００７】一方、高放射性廃棄物のガラス固化技術に
使用されているガラス溶融炉においては、従来からノズ
ル加熱方式（フリーズバルブ方式）が採用されている。
この方式は、炉底部から下方に向けて設けた流下ノズル
の周囲に加熱手段を配設した構造を有し、流下ノズルを
加熱していない状態ではノズル内部の溶融ガラスが固化
しているためノズルから炉内の溶融ガラスは流下せず、
炉内の溶融ガラスを抜き出す際には流下ノズルを加熱し
てノズル内部の固化ガラスを溶融して重力により流下さ
せるとともに炉内の溶融ガラスも抜き出すことができる
ものである。
【０００８】ノズル加熱方式におけるノズル加熱手段と
しては、金属製のノズルの周囲に高周波コイルを配設
し、このコイルに高周波電流を供給してノズルを加熱す
る高周波加熱手段等が考えられている。しかしながら、
コールドクルーシブル誘導溶融炉における溶融物抜き出
し装置としてノズル加熱方式を採用し、ノズルを高周波
加熱しようとする場合には、金属製の炉体と金属製の流
下ノズルとが電気的に短絡してしまい、さらには炉体加
熱用の高周波加熱系と流下ノズル加熱用の高周波加熱系
との間でノイズ干渉が生じるという問題がある。
【０００９】そこで本発明は、コールドクルーシブル誘
導溶融炉における溶融物抜き出し装置としてノズル加熱
方式を採用し、ノズルを高周波加熱する場合に、金属製
の炉体と金属製の流下ノズルとが電気的に短絡すること
がなく、さらには炉体加熱用の高周波加熱系と流下ノズ
ル加熱用の高周波加熱系との間でノイズ干渉が生じるこ
とがなく、信頼性、制御性に優れた溶融物抜き出し装置
を提供することを目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明のコール
ドクルーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜き出し装置
は、炉体加熱用高周波コイルの中に配置された水冷式コ
ールドクルーシブル誘導溶融炉内に、炉内底部から下方
に向けて延びる金属製の流下ノズルを炉体と電気絶縁状
態となるように配設し、前記流下ノズルの周囲にノズル
加熱用高周波コイルを配置し、前記炉体加熱用高周波コ
イルからの高周波ノイズを除去する電気回路を前記ノズ
ル加熱用高周波コイルに配設したことを特徴とするもの
である。
【００１１】かような本発明によれば、炉体と流下ノズ
ルとの電気絶縁性を確保できるため両者の短絡を確実に
防止することができるとともに、流下ノズル加熱用の高
周波加熱系に加わる炉体加熱用の高周波加熱系からのノ
イズ干渉を効果的に防止することができる。その結果、
流下ノズルからの溶融物の抜き出し／停止の操作を炉体
加熱用高周波加熱系からの影響を受けることなく確実に
制御することができる。
【００１２】炉体と流下ノズルとの電気絶縁状態は、流
下ノズルを炉体と一体構造として設ける場合には、流下
ノズル部に絶縁スリットを形成することにより達成でき
る。流下ノズルを炉体とは別体として製作する場合に
は、流下ノズルを絶縁材を介して炉体に取り付けること
により、両者の電気絶縁状態をもたらすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明によるコールドクル
ーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜き出し装置の実施例
の概略構造を示すものであり、従来のコールドクルーシ
ブル誘導溶融炉と同様に、スリットで分割された水冷式
の銅製コールドクルーシブル１０が、同じく水冷式の炉
体加熱用高周波コイル１１内に配置されている。コール
ドクルーシブル１０および高周波コイル１１は冷却水１
２を内部に循環させることにより冷却されており、高周
波コイル１１には炉体加熱用高周波電源１３から所定の
周波数の高周波電流を供給するようになっている。
【００１４】本発明の溶融物抜き出し装置は、コールド
クルーシブル１０の炉内底部から下方に向けて延びる金
属製の流下ノズル１４と、この流下ノズルの周囲に配置
したノズル加熱用高周波コイル１５と、高周波コイル１
５に所定周波数の高周波電流を供給するノズル加熱用高
周波電源１６とを有している。本発明においては特に、
コールドクルーシブル１０の炉体と流下ノズル１４とが
電気絶縁状態となるように構成されており、さらには炉
体加熱用高周波コイル１１からの高周波ノイズを除去す
るためのノイズ除去回路１７がノズル加熱用高周波コイ
ル１５とノズル加熱用高周波電源１６との間に配置され
ている。
【００１５】かような構成の溶融物抜き出し装置を具備
するコールドクルーシブル誘導溶融炉を用いて、放射性
雑固体廃棄物を溶融する方法および溶融物の抜き出し方
法を以下に説明する。放射性雑固体廃棄物１８をコール
ドクルーシブル１０に投入した後、炉体加熱用高周波コ
イル１１に炉体加熱用高周波電源１３から高周波電流を
供給すると、雑固体廃棄物中に含まれる金属等の導電性
物質が先ず誘導加熱されて溶融する。これによりその周
囲の導電性の低いガラス等の雑固体廃棄物も間接的に加
熱される結果、全体が溶融物１９となる。この溶融操作
の間は、ノズル加熱用高周波コイル１５には高周波電流
は供給されておらず、流下ノズルは加熱されていないた
めノズル内に残留している溶融物は固化状態となってノ
ズルを閉塞し、このため炉内の溶融物１９は流下するこ
とはない。
【００１６】溶融物１９を抜き出すに際しては、ノズル
加熱用高周波コイル１５にノズル加熱用高周波電源１６
から高周波電流を供給することにより流下ノズル１４を
高周波加熱する。この際、コールドクルーシブル１０炉
体と流下ノズル１４とは電気的に絶縁されているため両
者が短絡することなくそれぞれを別個に高周波加熱する
ことができ、さらには、ノイズ除去回路１７により炉体
加熱用の高周波加熱系からノズル加熱用の高周波加熱系
へのノイズ干渉を効果的に防止することができる。
【００１７】流下ノズル１４が高周波加熱されると、ノ
ズル内に残留している固化状態の溶融物は溶融されて流
動状態とされ、重力によりノズルから流下する。これに
伴い炉内の高温溶融物もノズルから流下することにな
る。この溶融物１９は図示しないキャニスター（ステン
レス鋼製容器）の中に注入されて冷却され、廃棄物固化
体２０とされる。
【００１８】なおコールドクルーシブル１０内の溶融物
１９の抜き出しが終了した時点で、ノズル加熱用高周波
１６からの高周波コイル１５への高周波電流の供給を止
めて流下ノズルの高周波加熱を停止することにより、流
下ノズルは次第に冷却される結果、ノズル内部に残留す
る溶融物は固化してノズルを閉塞することになる。流下
ノズルの高周波加熱停止後に、ノズルを急速に冷却して
ノズル閉塞を迅速に達成したい場合には、ノズル加熱用
高周波コイル１５の外側にノズルを積極的に冷却するた
めの空気冷却管（図示せず）を巻装することが望まし
い。
【００１９】コールドクルーシブル１０の炉体と流下ノ
ズル１４との電気的絶縁状態を確保するための構成例を
図２、図３および図４に示す。図２は、コールドクルー
シブル１０の炉体と流下ノズル１４とを一体構造として
製作した場合の例を示している。コールドクルーシブル
１０の炉体は多数の絶縁スリット２１により分割された
構造を有しており、各分割構造体の内部には冷却水を流
通させて炉体を冷却している。流下ノズル１４となる部
分は炉体底部から炉体と一体となった形で下方に伸長
し、この流下ノズル１４部分にも絶縁スリット２１が炉
体から連続して形成されている。これら絶縁スリット２
１の内部には通常窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4）等の絶縁材
が嵌挿されるが、ノズル加熱用高周波コイルに供給する
電流は炉体加熱用高周波コイルに供給する電流より周波
数が低く、流下ノズル１４部分の絶縁スリット２１は空
気絶縁でもよいため必ずしも絶縁材を嵌挿しなくてもよ
い。
【００２０】このようにして製作されたコールドクルー
シブル１０炉体および流下ノズル１４の外周にはそれぞ
れ炉体加熱用高周波コイル１１およびノズル加熱用高周
波コイル１５が配設される。
【００２１】図３は、コールドクルーシブル１０の炉体
と流下ノズル１４とを別体として製作した場合の両者の
電気的絶縁性を確保する構成例を示している。図３
（ａ）はコールドクルーシブル１０の炉体を示すもので
あり、この炉体は多数の絶縁スリット２１により分割さ
れ、各絶縁スリット２１には絶縁材が嵌挿されていて、
各分割構造体の内部には冷却水を流通させて炉体を冷却
している構造は図２と同様であるが、炉底となる位置の
近傍に内方に突出した部分２２が形成されている点が、
図２の炉体とは相違する。図３（ｂ）は流下ノズル側の
部材を示すものであり、円筒状の流下ノズル１４の上端
には径を大きくした鍔部が形成されていて、この鍔部を
含む流下ノズル１４上部にはリング状の絶縁材２３が固
着されており、リング状絶縁材の下部周縁は面取りして
テーパー面２３ａが形成されている。図４は、図３
（ａ）の炉体と図３（ｂ）の流下ノズル側部材とを組み
立てた状態を示しており、リング状絶縁材２３のテーパ
ー面２３ａが炉体の内方突出部２２のテーパー面２２ａ
により支承され、リング状絶縁材２３の頂面が炉内底面
となる。リング状絶縁材は高温の溶融物と直接接触する
ため、高温での耐食性に優れた窒化ケイ素が好ましく使
用できる。
【００２２】次にノイズ除去回路１７について説明す
る。高周波の磁場が他の電気回路に侵入してその回路や
部品に障害を与える現象をノイズ障害というが、一般に
高出力、高周波数ほど影響が大きくなる。本発明におい
ては、例えば４ＭＨｚといった高周波数の炉体加熱系
が、例えば２０ｋＨｚ程度の比較的低い周波数のノズル
加熱系に及ぼす影響を除去する必要がある。そのため本
発明においては、図５に例示したような適当なインダク
タンスＬ1 、Ｌ2 とキャパシタンスＣ、Ｃ1 、Ｃ2とを
組み合わせた一般的なＬＣ回路を、ノズル加熱用高周波
コイル１５とノズル加熱用高周波電源１６との間に配置
して、炉体加熱系からのノイズ障害を抑制している。な
お、回路内のＬ、Ｃの容量は、高周波の周波数、溶融対
象物の電気抵抗等を勘案して適宜設定することができ
る。
【００２３】なお上述した実施例においては、溶融対象
物として放射性雑固体廃棄物を用いる例を説明したが、
金属やガラス等の高周波加熱により溶融される材質であ
れば、いかなる材質でも溶融対象物とすることができ
る。
【００２４】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明する。使
用したコールドクルーシブル誘導溶融炉は図１に示した
装置と同様の構成であり、内径１００ｍｍ、深さ１５０
ｍｍの銅製の炉体は１０個のセグメントに分割されてい
る。炉体加熱用高周波コイルは、外径１７０ｍｍ、高さ
１００ｍｍ、ターン数７とした。
【００２５】流下ノズルは図３（ａ）、（ｂ）のように
炉体と別体に製作し、図４に示すように両者を組み立て
て使用した。流下ノズルはニッケル合金（インコネル６
９０）製とし、孔径２５ｍｍ、長さ２６０ｍｍとした。
ノズル加熱用高周波コイルは、内径４５ｍｍ、長さ２８
０ｍｍ、ターン数１５とした。ノズル加熱用高周波コイ
ルの外側には、流下ノズルを冷却するための銅製の空気
冷却管を巻装した。
【００２６】ノイズ除去回路は図５に示したＬＣ回路を
ノズル加熱用高周波電源の前に設置した。Ｌ1 とＬ2 は
いずれも２．２Ｈとし、Ｃ1 とＣ2 はいずれも１０３ｐ
Ｆとした。
【００２７】炉内に溶融対象物としてホウケイ酸ガラス
ビーズを約１０００ｇ投入し、炉体加熱用高周波コイル
に炉体加熱用高周波電源から出力５０ｋＷ、周波数４Ｍ
Ｈｚの高周波電流を供給して炉内のガラスビーズを溶融
した。溶融温度は約１３００℃であった。次いで炉内の
溶融ガラスを抜き出すために、ノズル加熱用高周波コイ
ルにノズル加熱用高周波電源から出力１０ｋＷ、周波数
２０ｋＨｚの高周波電流を供給して、流下ノズルを約１
０００℃に加熱した。これによって、炉内のガラス溶融
物約１０００ｇの全量を１．５分程度で流下させること
ができた。
【００２８】またノズル加熱用高周波加熱系には、異常
発信や発信回路の故障等のノイズ障害が生じることはな
く、炉体加熱用高周波加熱系からのノイズを効果的に抑
制することができた。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明からわかるように本発明の溶
融物抜き出し装置は、コールドクルーシブル誘導溶融炉
の炉内底部から下方に向けてのびる流下ノズルを設け、
この流下ノズルを高周波加熱することにより炉内溶融物
を重力でノズルから流下／停止できる構成としたため、
従来の溶融物抜き出し装置における炉体傾斜方式で必要
とされた可動構造や、炉内加圧方式で必要とされた気密
構造は不要となり、連続溶融運転を可能とする高温溶融
物の抜き出しを効率よく行うことができる。
【００３０】また、金属製のコールドクルーシブルの炉
体および金属製の流下ノズルをそれぞれ周波数の異なる
高周波電流を用いて高周波加熱する場合でも、炉体と流
下ノズルとの電気的絶縁性を確保して両者の短絡を防止
し、さらにはノイズ除去回路によりノズル加熱用高周波
加熱系に対する炉体加熱用高周波加熱系からのノイズ干
渉を効果的に抑制することができるため、信頼性、制御
性に優れた溶融物の抜き出しが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す説明図である。
【図２】本発明において使用する流下ノズルをコールド
クルーシブル炉体と一体構造として設けた場合の両者の
電気絶縁状態をもたらす構成の一例を示す部分断面斜視
図である。
【図３】本発明において使用する流下ノズルをコールド
クルーシブル炉体と別体として製作した場合の炉体
（ａ）および流下ノズル（ｂ）を示す斜視図である。
【図４】図３の炉体（ａ）と流下ノズル（ｂ）を組み立
てた状態を示す説明図である。
【図５】本発明で用いるノイズ除去回路の一例を示す回
路図である。
【符号の説明】
１０：コールドクルーシブル １１：炉体加熱用高周波コイル １２：冷却水 １３：炉体加熱用高周波電源 １４：流下ノズル １５：ノズル加熱用高周波コイル １６：ノズル加熱用高周波電源 １７：ノイズ除去回路 １８：放射性雑固体廃棄物 １９：溶融物 ２０：廃棄物固化体 ２１：絶縁スリット ２３：絶縁材

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炉体加熱用高周波コイルの中に配置され
    た水冷式コールドクルーシブル誘導溶融炉内に、炉内底
    部から下方に向けて延びる金属製の流下ノズルを炉体と
    電気絶縁状態となるように配設し、前記流下ノズルの周
    囲にノズル加熱用高周波コイルを配置し、前記炉体加熱
    用高周波コイルからの高周波ノイズを除去する電気回路
    を前記ノズル加熱用高周波コイルに配設したことを特徴
    とするコールドクルーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜
    き出し装置。
  2. 【請求項２】 前記流下ノズルは前記炉体と一体構造と
    して設け、流下ノズル部に絶縁スリットを形成すること
    により炉体との電気絶縁状態をもたらすことを特徴とす
    る請求項１に記載の溶融物抜き出し装置。
  3. 【請求項３】 別体に製作した前記流下ノズルを絶縁材
    を介して前記炉体に取り付けることにより炉体との電気
    絶縁状態をもたらすことを特徴とする請求項１に記載の
    溶融物抜き出し装置。
JP9001798A 1997-01-09 1997-01-09 コールドクルーシブル誘導溶融炉からの溶融物抜き出し装置 Expired - Fee Related JP2954896B2 (ja)

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