JP5126974B2 - Induction heating melting furnace and induction heating method - Google Patents

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Description

本発明は、誘導加熱による溶融炉および誘導加熱方法に関する。更に詳しくは、本発明は、高レベル放射性廃液のガラス固化への使用に適した誘電加熱による溶融炉および誘導加熱方法に関するものである。   The present invention relates to a melting furnace by induction heating and an induction heating method. More particularly, the present invention relates to a melting furnace by induction heating and an induction heating method suitable for use in vitrification of high-level radioactive liquid waste.

高レベル放射性廃液のガラス固化を行なうために使用されるガラス溶融炉として、通電によって発生するジュール熱を利用して高レベル放射性廃液が混合されたガラスを加熱するものがある(非特許文献1)。このガラス溶融炉を図15に示す。溶融槽101の壁面には、高レベル放射性廃液が混合された溶融ガラスに通電してジュール熱を発生させる主電極102が設けられている。また、主電極102によって発生させたジュール熱による加熱では溶融槽101の底部の溶融ガラスを十分な温度に上昇させることができないので、主電極102よりも低い位置に補助電極103を設け、溶融槽101の底部の溶融ガラスに通電してジュール熱を発生させ加熱を行なっている。   As a glass melting furnace used for vitrification of high-level radioactive liquid waste, there is one that heats glass mixed with high-level radioactive liquid waste using Joule heat generated by energization (Non-patent Document 1). . This glass melting furnace is shown in FIG. A main electrode 102 is provided on the wall surface of the melting tank 101 to generate Joule heat by energizing the molten glass mixed with the high-level radioactive liquid waste. In addition, the heating by Joule heat generated by the main electrode 102 cannot raise the molten glass at the bottom of the melting tank 101 to a sufficient temperature. Therefore, the auxiliary electrode 103 is provided at a position lower than the main electrode 102, and the melting tank The molten glass at the bottom of 101 is energized to generate Joule heat for heating.

寺井良平、「冷却ルツボによるガラスの溶融」、[online]、マテリアルインテグレーション vol.20 No10 (2007) p55-p59、[平成20年7月15日検索]、インターネット<URL:http://www.tic-mi.com/publ/essay/terai/0710terai.pdf>Ryohei Terai, “Melting Glass with Cooling Crucible”, [online], Material Integration vol.20 No10 (2007) p55-p59, [Search July 15, 2008], Internet <URL: http: // www. tic-mi.com/publ/essay/terai/0710terai.pdf>

しかしながら、上記ガラス溶融炉では、主電極102と補助電極103を使用して高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を加熱するので、混合体全体を均一に加熱するのが困難であり、加熱対象の混合体に温度むらが発生し混合体の流動性が部分的に悪化する。   However, in the above glass melting furnace, the main electrode 102 and the auxiliary electrode 103 are used to heat the mixture of the high-level radioactive liquid waste and the glass, so that it is difficult to uniformly heat the entire mixture, In this mixture, temperature unevenness occurs, and the fluidity of the mixture partially deteriorates.

また、高レベル放射性廃液には白金族金属の粒子(以下、金属粒子という)が含まれている。金属粒子は溶融ガラスよりも比重が大きく、沈殿し炉底部に堆積する虞がある。しかしながら、上記のガラス溶融炉は金属粒子の沈殿、堆積を積極的に防止する手段を備えていない。   The high-level radioactive liquid waste contains platinum group metal particles (hereinafter referred to as metal particles). Metal particles have a higher specific gravity than molten glass, and may precipitate and accumulate on the bottom of the furnace. However, the above glass melting furnace does not have means for actively preventing the precipitation and deposition of metal particles.

本発明は、導電性液体を均一に加熱することができる誘導加熱による溶融炉と誘導加熱方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高レベル放射性廃液に含まれる金属粒子の沈殿、堆積を防止することができる誘導加熱による溶融炉と誘導加熱方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an induction heating melting furnace and an induction heating method capable of uniformly heating a conductive liquid. It is another object of the present invention to provide an induction heating melting furnace and an induction heating method capable of preventing precipitation and deposition of metal particles contained in a high-level radioactive liquid waste.

かかる目的を達成するために、請求項1記載の誘導加熱による溶融炉は、高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を貯える容器と、容器内に設けられ混合体を加熱可能な発熱体と、使用する交流電流の周波数の切り換えによって発生させる電磁場の磁気浸透距離を変えて発熱体又は発熱体と混合体の両方を誘導加熱する加熱装置を備え、加熱装置は、発熱体を誘導加熱して混合体を間接的に加熱する第1の加熱工程と、交流電流の周波数を第1の加熱工程よりも下げて磁気浸透距離を増加させて発熱体と混合体の両方を誘導加熱する第2の加熱工程を実施するものであり、第1の加熱工程、第2の加熱工程の順番で実施するものである。 In order to achieve such an object, the induction heating melting furnace according to claim 1, a container for storing a mixture of high-level radioactive liquid waste and glass, a heating element provided in the container and capable of heating the mixture , comprising a heating device by changing the magnetic penetration distance of the electromagnetic field be generated by switching the frequency of the alternating current to the induction heating both of the heating element or heating elements and mixture used, the heating device, mixed by induction heating of the heating element A first heating step for indirectly heating the body, and a second heating for inductively heating both the heating element and the mixture by lowering the frequency of the alternating current than the first heating step to increase the magnetic penetration distance. is intended to implement the process, the first heating step, is shall be performed in the order of the second heating step.

加熱装置が発生させる電磁場の磁気浸透距離δは数式1によって求められる。
〈数1〉
δ=(2/ωσμ)^(1/2)
ここで、ω:角周波数2πf(f:周波数)、σ:電気伝導率、μ:透磁率である。
The magnetic permeation distance δ of the electromagnetic field generated by the heating device is obtained by Equation 1.
<Equation 1>
δ = (2 / ωσμ) ^ (1/2)
Here, ω: angular frequency 2πf (f: frequency), σ: electrical conductivity, and μ: magnetic permeability.

即ち、使用する交流電流の周波数fを変化させると、加熱装置が発生させる電磁場の磁気浸透距離δが変化する。加熱装置からの混合体と発熱体の距離、即ち磁気浸透距離δは異なっているので、周波数fを変化させることで誘導加熱の対象を発熱体の場合と、発熱体および混合体の場合に切り換えることができる。 That is, when the frequency f of the alternating current used is changed, the magnetic penetration distance δ of the electromagnetic field generated by the heating device changes. Since the distance between the mixture and the heating element from the heating device, that is, the magnetic penetration distance δ, is different, the induction heating target is switched between the case of the heating element and the case of the heating element and the mixture by changing the frequency f. be able to.

例えば、最初に発熱体を誘導加熱し、発熱体の熱で容器内の混合体を間接的に加熱する。その後、加熱装置の使用する交流電流の周波数fを切り換えて容器内の発熱体と混合体の両方を誘導加熱する。逆に、加熱装置によって容器内の発熱体と混合体の両方を誘導加熱した後、発熱体の誘導加熱によって混合体を間接的に加熱しても良い。混合体としては、容器に入れる時点で既に液体のものでも良く、あるいは容器に入れる時点では固体であるが、その後容器内での加熱によって溶融して液体になるものでも良い。また、そのような固体と液体の混合体でも良い。 For example, the heating element is first induction-heated, and the mixture in the container is indirectly heated by the heat of the heating element. Thereafter, the frequency f of the alternating current used by the heating device is switched to inductively heat both the heating element and the mixture in the container. Conversely, after both the heating element and the mixture in the container are induction-heated by the heating device, the mixture may be indirectly heated by induction heating of the heating element. The mixture may be already liquid when it is put into the container, or it is solid when it is put into the container, but it may be melted by heating in the container to become liquid. Further, a mixture of such a solid and a liquid may be used.

また、請求項2記載の誘導加熱による溶融炉は、加熱装置が、混合体中に当該混合体を撹拌する電磁力を発生可能である。したがって、混合体中に電磁力を発生させて混合体を撹拌することができる。このとき、混合体中に例えば金属粒子等の不純物が含まれている場合には、混合体とそれに含まれる不純物を撹拌することができる。 Also, the melting furnace by induction heating according to claim 2, wherein the heating device is capable of generating an electromagnetic force for stirring the mixture in the mixing body. Therefore, the mixture can be stirred by generating an electromagnetic force in the mixture . At this time, when the mixture in contains impurities such as, for example, metal particles, a mixture with impurities contained therein can be agitated.

また、請求項3記載の誘導加熱による溶融炉は、発熱体と加熱装置が容器の外周と底部に設けられている。したがって、容器の外周と底部から容器内の混合体を加熱することができる。 In the melting furnace by induction heating according to claim 3, the heating element and the heating device are provided on the outer periphery and the bottom of the container. Therefore, the mixture in the container can be heated from the outer periphery and the bottom of the container.

さらに、請求項記載の誘導加熱方法は、高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を貯える容器内に設けた発熱体を容器の外に設けた加熱装置によって誘導加熱し、発熱体の発熱によって混合体を間接的に加熱する第1の加熱工程と、第1の加熱工程によって混合体を加熱した後、加熱装置が使用する交流電流の周波数を下げ発生させる電磁場の磁気浸透距離を増加させて発熱体に加えて混合体を誘導加熱する第2の加熱工程とを備えるものである。 Furthermore, the induction heating method according to claim 4 is a method in which a heating element provided in a container for storing a mixture of high-level radioactive liquid waste and glass is induction-heated by a heating device provided outside the container. A first heating step for indirectly heating the mixture, and after heating the mixture by the first heating step, the magnetic permeation distance of the electromagnetic field generated by lowering the frequency of the alternating current used by the heating device is increased. And a second heating step of inductively heating the mixture in addition to the heating element.

したがって、第1の加熱工程では、加熱装置によって発熱体が加熱され、発熱体の熱で容器内の混合体が加熱される。その後、第2の加熱工程を行い容器内の発熱体と混合体の両方を誘導加熱する。これにより、混合体は発熱体の発熱と加熱装置による誘導加熱とによって加熱される。混合体としては、容器に入れる時点で既に液体のものでも良く、あるいは容器に入れる時点では固体であるが、その後第1の加熱工程の加熱によって溶融して液体になるものでも良い。また、そのような固体と液体の混合体でも良い。 Therefore, in the first heating step, the heating element is heated by the heating device, and the mixture in the container is heated by the heat of the heating element. Then, a 2nd heating process is performed and both the heat generating body and mixture in a container are induction-heated. As a result, the mixture is heated by the heat generated by the heating element and induction heating by the heating device. The mixture may be already liquid when it is put into the container, or it may be solid when it is put into the container, but it may be melted to become liquid by heating in the first heating step. Further, a mixture of such a solid and a liquid may be used.

また、請求項記載の誘導加熱方法は、第2の加熱工程では、加熱装置によって混合体中に当該混合体を撹拌する電磁力を発生させながら混合体の誘導加熱を行なうものである。したがって、混合体中に電磁力を発生させて混合体を撹拌することができる。このとき、混合体中に例えば金属粒子等の不純物が含まれている場合には、混合体とそれに含まれる不純物を撹拌することができる。 In the induction heating method according to claim 5 , in the second heating step, induction heating of the mixture is performed while generating an electromagnetic force for stirring the mixture in the mixture by a heating device. Therefore, the mixture can be stirred by generating an electromagnetic force in the mixture . At this time, when the mixture in contains impurities such as, for example, metal particles, a mixture with impurities contained therein can be agitated.

また、請求項記載の誘導加熱方法は、ガラスは固形の状態で容器内に入れられ第1の加熱工程によって固形ガラスが溶融した後、第2の加熱工程を行なうものである。混合体中のガラスは固体の状態では絶縁体であるが、高温の溶融状態になると導電性を有し、誘導加熱が可能になる。発熱体による加熱で混合体中のガラスが溶融し導電性物質となった後、加熱装置の使用する交流電流の周波数fを切り換えて容器内の混合体と発熱体の両方を誘導加熱する。 Further, the induction heating method according to claim 6, wherein the glass after the solid glass is melted by first heating step is placed in a container in the form of solid, and performs the second heating step. The glass in the mixture is an insulator in a solid state, but has a conductivity in a molten state at a high temperature, and induction heating is possible. After the glass in the mixture is melted to become a conductive material by heating with the heating element, the frequency f of the alternating current used by the heating device is switched to inductively heat both the mixture and the heating element in the container.

請求項1記載の誘導加熱による溶融炉では、容器内の発熱体によって高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を加熱し、又は発熱体の発熱と加熱装置が発生させる電磁場の両方によって容器内の混合体を加熱するので、図15に示すように電極による通電によってジュール熱を発生させて容器内の混合体を加熱する場合に比べて、混合体を均一に加熱することができる。そのため、温度むらの発生を防止することができ、混合体が部分的に低温となって流動性が悪化するのを防止することができる。
また、混合体中のガラスが固体の場合であっても、第1の加熱工程によって溶融ガラスとなった後に電磁力を発生させて混合体を撹拌することができるので、混合体に含まれる金属粒子が沈殿し堆積するのを防止することができる。そのため、金属粒子を混合体と一緒に排出することが容易になる。
In the melting furnace by induction heating according to claim 1 , the mixture of the high-level radioactive liquid waste and the glass is heated by the heating element in the container, or the heating element generates heat in the container and the electromagnetic field generated by the heating device. Since the mixture is heated, the mixture can be heated more uniformly than in the case where Joule heat is generated by energization by the electrodes as shown in FIG. 15 to heat the mixture in the container. Therefore, generation | occurrence | production of temperature nonuniformity can be prevented and it can prevent that a mixture becomes low temperature partially and fluidity | liquidity deteriorates.
In addition, even when the glass in the mixture is solid, the mixture can be stirred by generating electromagnetic force after it has become molten glass in the first heating step, so that the metal contained in the mixture Particles can be prevented from settling and depositing. Therefore, it becomes easy to discharge the metal particles together with the mixture.

また、請求項2記載の誘導加熱による溶融炉では、混合体中に電磁力を発生させて混合体を撹拌することができるので、導電性液体中に例えば金属粒子等の不純物が含まれている場合にこれが沈殿し堆積するのを防止することができる。そのため、不純物を導電性液体と一緒に排出することが容易になる。 In addition, in the melting furnace by induction heating according to claim 2, since the mixture can be stirred by generating electromagnetic force in the mixture , impurities such as metal particles are contained in the conductive liquid. In some cases this can be prevented from precipitating and depositing. Therefore, it becomes easy to discharge impurities together with the conductive liquid.

また、請求項3記載の誘導加熱による溶融炉では、容器の外周と底部から容器内の混合体を加熱することができるので、混合体をより一層均一に加熱することができる。また、容器の外周と底部からの加熱による混合体の自然対流は混合体の温度むらと不純物が含まれている場合には不純物の沈降・堆積を防止するのに有効である。 Moreover, in the melting furnace by induction heating according to claim 3, the mixture in the container can be heated from the outer periphery and the bottom of the container, so that the mixture can be heated more uniformly. Further, natural convection of the mixture by heating from the outer periphery and bottom of the container if it contains temperature variations and impurities of the mixture is effective to prevent settling and accumulation of impurities.

さらに、請求項記載の誘導加熱方法では、混合体中の固形のガラスを溶融させて導電性を生じさせてから誘導加熱によって混合体を加熱することができる。ここで、第1の加熱工程では発熱体によって容器内の混合体を加熱し、第2の加熱工程では発熱体の発熱と加熱装置が生じさせる電磁場とによって容器内の混合体を加熱するので、図15に示すように電極による通電によってジュール熱を発生させて容器内の混合体を加熱する場合に比べて、混合体を均一に加熱することができる。そのため、温度むらの発生を防止することができ、混合体が部分的に低温となって流動性を悪化させるのを防止することができる。 Furthermore, in the induction heating method according to claim 4 , the mixture can be heated by induction heating after melting the solid glass in the mixture to produce conductivity. Here, in the first heating step, the mixture in the container is heated by the heating element, and in the second heating step, the mixture in the container is heated by the heat generated by the heating element and the electromagnetic field generated by the heating device. As shown in FIG. 15, the mixture can be heated more uniformly than when the mixture in the container is heated by generating Joule heat by energization by the electrodes. Therefore, generation | occurrence | production of temperature nonuniformity can be prevented and it can prevent that a mixture becomes low temperature partially and makes fluidity | liquidity deteriorate.

また、請求項記載の誘導加熱方法では、混合体中に電磁力を発生させて混合体を撹拌することができるので、金属粒子等の不純物が含まれている場合にこれが沈殿し堆積するのを防止することができる。そのため、不純物を混合体と一緒に排出することが容易になる。 Further, in the induction heating method according to claim 5 , since the mixture can be stirred by generating electromagnetic force in the mixture , when impurities such as metal particles are contained, this precipitates and deposits. Can be prevented. Therefore, it becomes easy to discharge impurities together with the mixture .

また、請求項記載の誘導加熱方法では、混合体中の固形のガラスを溶融させて導電性を生じさせてから誘導加熱によって混合体を加熱することができる。ここで、第1の加熱工程では発熱体によって容器内の混合体を間接的に加熱し、第2の加熱工程では発熱体の発熱と加熱装置が生じさせる電磁場とによって容器内の混合体を加熱するので、図15に示すように電極による通電によってジュール熱を発生させて容器内の混合体を加熱する場合に比べて、混合体を均一に加熱することができる。そのため、温度むらの発生を防止することができ、混合体が部分的に低温となって流動性を悪化させるのを防止することができ、混合体を流下ノズルからガラス固化容器にスムーズに充填することができる。 In the induction heating method according to claim 6 , the mixture can be heated by induction heating after melting the solid glass in the mixture to produce conductivity. Here, in the first heating process, the mixture in the container is indirectly heated by the heating element, and in the second heating process, the mixture in the container is heated by the heat generated by the heating element and the electromagnetic field generated by the heating device. Therefore, as shown in FIG. 15, the mixture can be heated more uniformly than when the mixture in the container is heated by generating Joule heat by energization by the electrodes. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of temperature unevenness, to prevent the mixture from partially becoming low temperature and to deteriorate the fluidity, and to smoothly fill the mixture into the vitrification container from the flow nozzle. be able to.

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.

図1に本発明の誘導加熱による溶融炉の実施形態の一例を示す。この溶融炉は、導電性液体1を貯える容器2と、容器2内に設けられ導電性液体1を加熱可能な発熱体3と、使用する交流電流の周波数の切り換えによって発生させる電磁場の磁気浸透距離δを変えて発熱体3又は発熱体3と導電性液体1の両方を誘導加熱する加熱装置4を備えるものである。   FIG. 1 shows an example of an embodiment of a melting furnace by induction heating according to the present invention. This melting furnace includes a container 2 for storing a conductive liquid 1, a heating element 3 provided in the container 2 and capable of heating the conductive liquid 1, and a magnetic permeation distance of an electromagnetic field generated by switching the frequency of an alternating current used. A heating device 4 for induction heating the heating element 3 or both the heating element 3 and the conductive liquid 1 by changing δ is provided.

本実施形態では、誘導加熱による溶融炉として、高レベル放射性廃液をガラス固化するのに使用されるガラス溶融炉を例に説明する。ただし、ガラス溶融炉以外の溶融炉に適用しても良い。高レベル放射性廃液をガラス固化するガラス溶融炉では、導電性液体1は高レベル放射性廃液とガラスとの混合体(以下、混合体1という)である。ガラスは容器2に入れる時点では固体であり、その後容器2内での加熱によって溶融される。ただし、容器2に入れる時点で既に液体の溶融ガラスを容器2に入れるようにしても良い。高レベル放射性廃液には、例えばルテニウム、パラジウム等の白金族粒子等の金属粒子10が含まれている。   In the present embodiment, a glass melting furnace used for vitrifying a high-level radioactive liquid waste will be described as an example of a melting furnace by induction heating. However, you may apply to melting furnaces other than a glass melting furnace. In a glass melting furnace that vitrifies high-level radioactive waste liquid, the conductive liquid 1 is a mixture of high-level radioactive waste liquid and glass (hereinafter referred to as mixture 1). The glass is solid when it is put into the container 2 and is then melted by heating in the container 2. However, liquid molten glass may already be placed in the container 2 when it is placed in the container 2. The high-level radioactive liquid waste contains metal particles 10 such as platinum group particles such as ruthenium and palladium.

容器2は、例えば耐火れんが、セラミック等の耐熱材によって形成されている。容器2の天板2aには高レベル放射性廃液とガラスとの混合体1を導入する供給口5と排ガスを逃がす排ガス口6が設けられている。また、容器2の底板2bには流下ノズル8が設けられている。流下ノズル8には、図示しないバルブが設けられている。流下ノズル8の下方には、図示しないガラス固化容器が置かれる。容器2の上を天板2aによって塞ぐことで放熱を防ぐことができ、温度低下を防止することができると共に、容器2内の温度管理が容易になる。   The container 2 is formed of a heat-resistant brick such as ceramics or the like. The top plate 2a of the container 2 is provided with a supply port 5 for introducing the mixture 1 of high-level radioactive waste liquid and glass and an exhaust gas port 6 for letting off the exhaust gas. Further, a flow-down nozzle 8 is provided on the bottom plate 2 b of the container 2. The flow-down nozzle 8 is provided with a valve (not shown). A glass solidification container (not shown) is placed below the flow-down nozzle 8. By covering the top of the container 2 with the top plate 2a, it is possible to prevent heat dissipation, prevent a temperature drop, and facilitate the temperature management in the container 2.

発熱体3は、例えば有底の円筒形状を成しており、容器2の内側面に重ねるように設けられている。ただし、発熱体3の形状は有底の円筒形状に限るものではない。例えば容器2の底部からの加熱を行う必要が無い場合には底の無い円筒形状にしても良い。また、製造のし易さを考慮して、円筒部3aと底部3bとを別体にしても良い。さらに、円筒部3aは、例えば図9に示すように一体の円筒体でも良いが、例えば図10に示すように軸方向に分割されたものでも良く、図11に示すように軸方向と径方向に分割されたものでも良く、図12に示すように周方向に分割されたものでも良く、その他の形状のものでも良い。円筒部3aを分割したものとすることで、製造が容易になる。また、底部3bは、例えば図13に示すように一体の円板状部材でも良いが、図14に示すように外周部分と内周部分とを複数の連結部によって連結する形状のものでも良く、その他の形状のものでも良い。発熱体3は、例えば炭化ケイ素、二ケイ化モリブデン等によって形成されている。ただし、発熱体3の材料はこれらに限るものではなく、例えばインコネル等の金属でも良く、その他のものでも良い。発熱体3の厚さは加熱装置4が発生させた磁場が通り抜け可能な厚さとなっている。具体的には、例えば10mm程度にするのが好ましい。発熱体3の内周面には混合体1による腐食を防止する保護層7が設けられている。保護層7は例えば厚さ数mmのセラミックのコーティング層である。ただし、保護層7はセラミックコーティング層に限るものではなく、また、厚さは数mmに限るものではない。   The heating element 3 has, for example, a bottomed cylindrical shape and is provided so as to overlap the inner surface of the container 2. However, the shape of the heating element 3 is not limited to the bottomed cylindrical shape. For example, when there is no need to heat from the bottom of the container 2, a cylindrical shape without a bottom may be used. Further, in consideration of ease of manufacture, the cylindrical portion 3a and the bottom portion 3b may be separated. Further, the cylindrical portion 3a may be an integral cylindrical body as shown in FIG. 9, for example, but may be divided in the axial direction as shown in FIG. 10, for example, as shown in FIG. May be divided, or may be divided in the circumferential direction as shown in FIG. 12, or may have other shapes. Manufacturing is facilitated by dividing the cylindrical portion 3a. Further, the bottom 3b may be an integral disk-shaped member as shown in FIG. 13, for example, but may have a shape in which the outer peripheral portion and the inner peripheral portion are connected by a plurality of connecting portions as shown in FIG. Other shapes may be used. The heating element 3 is made of, for example, silicon carbide, molybdenum disilicide or the like. However, the material of the heating element 3 is not limited to these, and may be a metal such as Inconel, for example. The thickness of the heating element 3 is such that the magnetic field generated by the heating device 4 can pass through. Specifically, for example, it is preferably about 10 mm. A protective layer 7 that prevents corrosion by the mixture 1 is provided on the inner peripheral surface of the heating element 3. The protective layer 7 is, for example, a ceramic coating layer having a thickness of several mm. However, the protective layer 7 is not limited to the ceramic coating layer, and the thickness is not limited to several mm.

発熱体3は、例えば容器2の周壁2cと底板2bの全範囲に対応して設けられている。ただし、必ずしも周壁2cと底板2bの全範囲に対応して設ける必要はなく、混合体1の加熱に必要な範囲で設ければ良い。また、加熱装置4は発熱体3の加熱に必要な範囲に設けられている。   The heating element 3 is provided corresponding to the entire range of the peripheral wall 2c and the bottom plate 2b of the container 2, for example. However, it is not necessarily provided corresponding to the entire range of the peripheral wall 2 c and the bottom plate 2 b, and may be provided in a range necessary for heating the mixture 1. The heating device 4 is provided in a range necessary for heating the heating element 3.

加熱装置4は、例えば誘導加熱コイルであり、本実施形態では容器2の外周と底部の両方に設けられている。ただし、容器2外周と容器2底部の両方に加熱装置4を設ける必要はなく、混合体1の加熱を十分に行なうことが可能な場合には、いずれか一方の加熱装置4を省略しても良い。誘導加熱コイルとしては、例えば水冷銅コイルの使用が可能である。ただし、水冷銅コイル以外のものを使用しても良い。なお、図中符号9は冷却水を循環させる水路である。また、誘導加熱コイルとして鉄心を有するコイルを使用しても良いが、鉄心を有しないものコイルの使用も可能である。即ち、鉄心は、鉄心と加熱対象の距離や交流電流の周波数の高さに応じて不要の場合もあり得る。一般に鉄心は磁束を大きくするが、加熱対象がやや離れている場合には磁束が到達しにくくなる場合があり、また交流電流の周波数が高い程エネルギー損失(鉄損)を大きくする。したがって、これらを考慮して鉄心の有無を決定する。なお、本実施形態の誘導加熱コイルは鉄心を有しているが、図面には鉄心の記載を省略している。   The heating device 4 is, for example, an induction heating coil, and is provided on both the outer periphery and the bottom of the container 2 in this embodiment. However, it is not necessary to provide the heating device 4 on both the outer periphery of the container 2 and the bottom of the container 2, and if it is possible to sufficiently heat the mixture 1, either heating device 4 may be omitted. good. For example, a water-cooled copper coil can be used as the induction heating coil. However, you may use things other than a water-cooled copper coil. In addition, the code | symbol 9 is a water channel which circulates cooling water in the figure. Moreover, although the coil which has an iron core may be used as an induction heating coil, use of the coil which does not have an iron core is also possible. That is, the iron core may be unnecessary depending on the distance between the iron core and the object to be heated and the frequency of the alternating current. In general, the iron core increases the magnetic flux, but the magnetic flux may be difficult to reach when the object to be heated is slightly separated, and the energy loss (iron loss) increases as the frequency of the alternating current increases. Therefore, the presence or absence of the iron core is determined in consideration of these. In addition, although the induction heating coil of this embodiment has an iron core, description of the iron core is abbreviate | omitted in drawing.

加熱装置4が発生させる磁力線の磁気浸透距離δは数式2によって求められる。
〈数2〉
δ=(2/ωσμ)^(1/2)
ここで、ω:角周波数2πf(f:周波数)、σ:電気伝導率、μ:透磁率である。
The magnetic permeation distance δ of the lines of magnetic force generated by the heating device 4 is obtained by Equation 2.
<Equation 2>
δ = (2 / ωσμ) ^ (1/2)
Here, ω: angular frequency 2πf (f: frequency), σ: electrical conductivity, and μ: magnetic permeability.

即ち、使用する交流電流の周波数fを変化させると、加熱装置4が発生させる磁力線B1,B2の磁気浸透距離δが変化する。混合体1と発熱体3の加熱装置4からの距離は異なっているので、周波数fを変化させることで誘導加熱の対象を混合体1と、混合体1および発熱体3との間で切り換えることができる(図2と図3、図6と図7)。例えば発熱体3が金属製で厚さが10mmの場合、周波数fが10KHzで磁気浸透距離δは5mm程度、周波数fが1KHzで磁気浸透距離δは16mm程度になるので、周波数fを例えば10KHzから1KHzに変化させることで、誘導加熱の対象を発熱体3のみから、発熱体3および混合体1へと切り換えることができる。   That is, when the frequency f of the alternating current to be used is changed, the magnetic permeation distance δ of the magnetic lines B1 and B2 generated by the heating device 4 changes. Since the distances of the mixture 1 and the heating element 3 from the heating device 4 are different, the object of induction heating is switched between the mixture 1, the mixture 1 and the heating element 3 by changing the frequency f. (FIGS. 2 and 3, FIG. 6 and FIG. 7). For example, when the heating element 3 is made of metal and has a thickness of 10 mm, the frequency f is 10 KHz, the magnetic penetration distance δ is about 5 mm, the frequency f is 1 KHz, and the magnetic penetration distance δ is about 16 mm. By changing to 1 KHz, the object of induction heating can be switched from the heating element 3 only to the heating element 3 and the mixture 1.

また、本実施形態では、加熱装置4は、混合体1中に当該混合体1を撹拌する電磁力Fを発生させる電磁力発生手段としても使用される。そのため、加熱装置4としての誘導加熱コイルは移動磁界の発生に適した三相交流コイルを使用している。   In the present embodiment, the heating device 4 is also used as an electromagnetic force generating means for generating an electromagnetic force F that stirs the mixture 1 in the mixture 1. Therefore, the induction heating coil as the heating device 4 uses a three-phase AC coil suitable for generating a moving magnetic field.

容器2外周に設けられる加熱装置4(以下、容器2底部の加熱装置4と区別する場合には加熱装置4Aという。)を図2及び図3に示す。加熱装置4Aは周壁2cを囲むように設けられている。加熱装置4Aである三相交流コイルは、A−X,B−Y,C−Zの組み合わせで各コイル4aがそれぞれペアとなって結線され、A,B,Cのコイル4aは巻き方向が同一であり、X,Y,Zのコイル4aは巻き方向が同一であり、A,B,Cのコイル4aとX,Y,Zのコイル4aの巻き方向は逆になっている。ここで、(磁場の強さ)=(巻き数)×(電流)の条件を見たすように、巻き数が決められる。また、各コイル4aに流す電流は、(電流)=(電圧)÷(インピーダンス)から求められる。   A heating device 4 provided on the outer periphery of the container 2 (hereinafter referred to as a heating device 4A when distinguished from the heating device 4 at the bottom of the container 2) is shown in FIGS. The heating device 4A is provided so as to surround the peripheral wall 2c. The three-phase AC coil that is the heating device 4A is a combination of AX, BY, and CZ, and each coil 4a is connected in pairs, and the winding directions of the A, B, and C coils 4a are the same. The winding directions of the X, Y, and Z coils 4a are the same, and the winding directions of the A, B, and C coils 4a and the X, Y, and Z coils 4a are reversed. Here, the number of turns is determined so as to satisfy the condition of (magnetic field strength) = (number of turns) × (current). Moreover, the electric current sent through each coil 4a is calculated | required from (current) = (voltage) / (impedance).

各コイル4aは容器2の軸方向上側に向けてA→Z→B→X→C→Y→A→…→Yの順番に配置され、各コイル4aの位相差は60度となっている。例えば図4(A),(B)に示すように、Aが0度のとき、Zが60度、Bが120度、Xが180度、Cが240度、Yが300度である。加熱装置4Aに図示しない電源より電磁力発生用の三相交流の電流が供給されると、例えば図3に矢印で示すように、コイル4aの周囲に磁力線B1が容器2の周壁2cと発熱体3aと保護層7、さらに混合体1に達するように生じて、各コイル4aに流れる電流の変化によって容器2の軸方向上向きの移動磁界が形成される。   Each coil 4a is arranged in the order of A → Z → B → X → C → Y → A →... → Y toward the upper side of the container 2 in the axial direction, and the phase difference of each coil 4a is 60 degrees. For example, as shown in FIGS. 4A and 4B, when A is 0 degrees, Z is 60 degrees, B is 120 degrees, X is 180 degrees, C is 240 degrees, and Y is 300 degrees. When a three-phase alternating current for generating electromagnetic force is supplied to the heating device 4A from a power source (not shown), for example, as shown by an arrow in FIG. 3, the magnetic lines B1 are formed around the coil 4a and the peripheral wall 2c of the container 2 and the heating element. 3a, the protective layer 7, and the mixture 1 are generated, and a moving magnetic field upward in the axial direction of the container 2 is formed by a change in the current flowing through each coil 4a.

加熱装置4Aによって上向きの移動磁界を形成することで、混合体1の容器2近傍位置、即ち磁力線B1が径方向に貫通する位置に円周方向に流れる電流が発生する。例えば、図3のP1位置では同図の奥側から手前側に向かう電流が、P2位置では同図の手前側から奥側に向かう電流が発生する。移動磁界と混合体1中に生じる電流とによってフレミングの左手の法則から上向きの電磁力F1が発生する。混合体1中に発生する電流は場所によって方向が逆になるが、A,B,Cのコイル4aとX,Y,Zのコイル4aの巻き方向も逆になっているので、常に上向きの電磁力F1が発生する。この電磁力F1は容器2に比較的近い位置に発生し、容器2に比較的近い位置の混合体1とそれに含まれる金属粒子10を上向きに駆動する。   By forming an upward moving magnetic field by the heating device 4A, a current flowing in the circumferential direction is generated at a position in the vicinity of the container 2 of the mixture 1, that is, a position where the magnetic force line B1 penetrates in the radial direction. For example, a current from the back side to the near side in the figure is generated at the P1 position in FIG. 3, and a current from the near side to the back side in the figure is generated at the P2 position. Due to the moving magnetic field and the current generated in the mixture 1, an upward electromagnetic force F1 is generated from Fleming's left-hand rule. Although the direction of the current generated in the mixture 1 is reversed depending on the location, the winding directions of the A, B, C coil 4a and the X, Y, Z coil 4a are also reversed, so that the electromagnetic A force F1 is generated. This electromagnetic force F1 is generated at a position relatively close to the container 2, and drives the mixture 1 at a position relatively close to the container 2 and the metal particles 10 included therein upward.

容器2底部に設けられる加熱装置4(以下、容器2外周の加熱装置4Aと区別する場合には加熱装置4Bという。)を図5〜図7に示す。加熱装置4Bは交流コイルで構成され、容器2の底板2bの底面に対向し、流下ノズル8を囲むように周方向に沿って並べるようにして設けられている。本実施形態では、容器2底部の加熱装置4Bも容器2外周の加熱装置4Aと同様に、発熱体3又は発熱体3と混合体1の両方を誘導加熱すると共に、電磁力F2を発生させて混合体1とそれに含まれる金属粒子10を駆動(電磁撹拌)する。   A heating device 4 provided at the bottom of the container 2 (hereinafter referred to as a heating device 4B when distinguished from the heating device 4A on the outer periphery of the container 2) is shown in FIGS. The heating device 4 </ b> B is configured by an AC coil, and is provided so as to face the bottom surface of the bottom plate 2 b of the container 2 and to be arranged along the circumferential direction so as to surround the falling nozzle 8. In the present embodiment, the heating device 4B at the bottom of the container 2 also inductively heats the heating element 3 or both of the heating element 3 and the mixture 1 and generates an electromagnetic force F2 in the same manner as the heating apparatus 4A on the outer periphery of the container 2. The mixture 1 and the metal particles 10 included therein are driven (electromagnetic stirring).

本実施形態では、加熱装置4Bとして三相交流コイル4b,4c,4dを使用している。ただし、三相交流コイル4b,4c,4d以外の交流コイルを使用しても良い。また、三相交流コイル4b,4c,4dを4組設けている。ただし、三相交流コイル4b,4c,4dの組数は4組に限るものではない。各相のコイル4b,4c,4dは例えば30度ずつずらして配置されている。本実施形態では、容器2底部に三相交流コイル4b,4c,4dを配置しているので、各コイル4b,4c,4dの形状を扇形形状とし、隣りのコイルとの間隔を詰めて各コイル4b,4c,4dを配置している。各コイル4b,4c,4dの位相差は120度となっている。   In the present embodiment, three-phase AC coils 4b, 4c, and 4d are used as the heating device 4B. However, AC coils other than the three-phase AC coils 4b, 4c, and 4d may be used. Four sets of three-phase AC coils 4b, 4c and 4d are provided. However, the number of sets of the three-phase AC coils 4b, 4c, and 4d is not limited to four. The coils 4b, 4c, and 4d for each phase are arranged so as to be shifted by 30 degrees, for example. In the present embodiment, since the three-phase AC coils 4b, 4c, 4d are arranged at the bottom of the container 2, each coil 4b, 4c, 4d is shaped like a fan and spaced from each adjacent coil. 4b, 4c and 4d are arranged. The phase difference between the coils 4b, 4c and 4d is 120 degrees.

図7において、○の中に・を記載した記号は、図面に対し奥側から手前側に向かって電流が流れていることを意味する。また、○の中に×を記載した記号は、図面に対し手前側から奥側に向かって電流が流れていることを意味する。ここで、(磁場の強さ)=(巻き数)×(電流)の条件を見たすように、各コイル4b,4c,4dの巻き数が決められる。また、各コイル4b,4c,4dに流す電流は、(電流)=(電圧)÷(インピーダンス)から求められる。   In FIG. 7, a symbol with “•” in a circle means that a current flows from the back side toward the near side in the drawing. Moreover, the symbol which described x in (circle) means that the electric current is flowing toward the back | inner side from the near side with respect to drawing. Here, the number of turns of each of the coils 4b, 4c, and 4d is determined so as to satisfy the condition of (magnetic field strength) = (number of turns) × (current). Further, the current flowing through each of the coils 4b, 4c, 4d is obtained from (current) = (voltage) / (impedance).

加熱装置4Bに図示しない電源より三相交流の電流が供給されると、例えば図7に矢印B2で示すように、容器2の底板2bを貫通して内外を通って循環する磁力線B2が発生する。磁力線B2は各コイル毎に発生するが、各コイルの位相差や各コイルに流れる電流の方向やその変化によって容器2の周方向一側に向かう回転磁界が形成される。   When a three-phase AC current is supplied to the heating device 4B from a power source (not shown), for example, as indicated by an arrow B2 in FIG. . The magnetic field line B2 is generated for each coil, but a rotating magnetic field directed toward one side in the circumferential direction of the container 2 is formed by the phase difference of each coil, the direction of the current flowing through each coil, and the change thereof.

加熱装置4Bによって周方向の回転磁界を形成することで、底板2bの近傍位置、即ち磁力線B2が径方向に貫通する位置に底板2bに沿って径方向に流れる電流が発生する。例えば、図7のP3位置では同図の奥側から手前側に向かう電流が、P4位置では同図の手前側から奥側に向かう電流が発生する。回転磁界と混合体1中に生じる電流とによってフレミングの左手の法則から容器2底部に沿って周方向に向かう電磁力F2が発生する。混合体1中に発生する電流は場所によって向きが逆になるが、磁力線B2の向きも逆になっているので、常に同じ周方向の電磁力F2が発生する。この電磁力F2は混合体1中に発生し、混合体1とそれに含まれる金属粒子10を周方向に駆動する。   By forming a circumferential rotating magnetic field by the heating device 4B, a current flowing in the radial direction along the bottom plate 2b is generated at a position near the bottom plate 2b, that is, a position where the magnetic lines of force B2 penetrate in the radial direction. For example, at the position P3 in FIG. 7, a current from the back side to the near side in the figure is generated, and at the position P4, a current from the near side to the back side in the figure is generated. Due to the rotating magnetic field and the current generated in the mixture 1, an electromagnetic force F2 is generated in the circumferential direction along the bottom of the container 2 from Fleming's left-hand rule. The direction of the current generated in the mixture 1 is reversed depending on the location, but the direction of the magnetic force line B2 is also reversed, so that the electromagnetic force F2 in the same circumferential direction is always generated. This electromagnetic force F2 is generated in the mixture 1 and drives the mixture 1 and the metal particles 10 included in the mixture 1 in the circumferential direction.

本実施形態では、発熱体3又は発熱体3と混合体1との両方の誘導加熱には単相交流電流が使用され、混合体1を撹拌する(電磁撹拌)ための電磁力F1,F2を発生させる場合には三相交流電流が使用される。誘導加熱に単相交流電流ではなく三相交流電流を使用しても良いが、誘導加熱には電磁撹拌で使用されるものよりも高い周波数の交流電流の使用が適していることから、本実施形態では誘導加熱に単相交流電流を使用する。誘導加熱と電磁撹拌の両方を同時に行なう場合には、加熱装置4に誘導加熱用の単相交流電流と電磁力発生用の三相交流電流が同時に供給される。即ち、発熱体3を誘導加熱する場合には高周波の単相交流電流を使用し、混合体1と発熱体3の両方を誘導加熱する場合には中周波の単相交流電流を使用し、電磁撹拌を行なう電磁力F1,F2を発生させる場合には低周波の三相交流電流を使用する。そして、混合体1の誘導加熱と電磁撹拌を同時に行なう場合には、中周波の単相交流電流と低周波の三相交流電流を同時に使用する。   In the present embodiment, a single-phase alternating current is used for induction heating of the heating element 3 or both of the heating element 3 and the mixture 1, and electromagnetic forces F1 and F2 for stirring the mixture 1 (electromagnetic stirring) are used. When it is generated, a three-phase alternating current is used. A three-phase AC current may be used instead of a single-phase AC current for induction heating, but it is suitable to use an AC current with a higher frequency than that used for electromagnetic stirring for induction heating. In the form, a single-phase alternating current is used for induction heating. When both induction heating and electromagnetic stirring are performed simultaneously, a single-phase alternating current for induction heating and a three-phase alternating current for generating electromagnetic force are simultaneously supplied to the heating device 4. That is, when the heating element 3 is induction-heated, a high-frequency single-phase alternating current is used, and when both the mixture 1 and the heating element 3 are induction-heated, a medium-frequency single-phase alternating current is used. When generating electromagnetic forces F1 and F2 for stirring, a low-frequency three-phase alternating current is used. And when performing the induction heating and electromagnetic stirring of the mixture 1 simultaneously, a medium frequency single phase alternating current and a low frequency three phase alternating current are used simultaneously.

次に、誘導加熱方法について説明する。誘導加熱方法は、高レベル放射性廃液と固形ガラスとの混合体1を貯える容器2内に設けた発熱体3を容器2の外に設けた加熱装置4によって誘導加熱し、発熱体3の発熱によって混合体1を間接的に加熱する第1の加熱工程と、第1の加熱工程によって固定ガラスが溶融した後、加熱装置4が使用する交流電流の周波数を変化させて発熱体3と混合体1を誘導加熱する第2の加熱工程とを備えるものである。ここでは、上述のガラス溶融炉を使用した場合について説明するが、これ以外のものを使用して当該誘導加熱方法を実施しても良い。また、高レベル放射性廃液のガラス固化以外に誘導加熱方法を使用しても良い。   Next, the induction heating method will be described. In the induction heating method, the heating element 3 provided in the container 2 for storing the mixture 1 of high-level radioactive liquid waste and solid glass is induction-heated by the heating device 4 provided outside the container 2, and the heating element 3 generates heat. After the fixed glass is melted by the first heating step for indirectly heating the mixture 1 and the first heating step, the frequency of the alternating current used by the heating device 4 is changed to change the heating element 3 and the mixture 1. And a second heating step for induction heating. Here, although the case where the above-mentioned glass melting furnace is used is demonstrated, you may implement the said induction heating method using things other than this. In addition to vitrification of the high-level radioactive liquid waste, an induction heating method may be used.

図8に本実施形態の誘導加熱方法を示す。流下ノズル8のバルブ(図示せず)を閉じた状態で、固形ガラスと高レベル放射性廃液の混合体1を供給口5から容器2内に入れる(ステップS21)。ただし、ガラスについては溶融状態のものを入れるようにしても良い。この場合には第1の加熱工程を省略することも可能である。なお、必ずしも同じ供給口5から固形ガラスと高レベル放射性廃液の両方を入れる必要はなく、ガラス用の供給口と高レベル放射性廃液用の供給口を別々に設けてガラスと高レベル放射性廃液とを別々に入れても良い。   FIG. 8 shows the induction heating method of this embodiment. With the valve (not shown) of the flow-down nozzle 8 closed, the mixture 1 of solid glass and high-level radioactive liquid waste is put into the container 2 from the supply port 5 (step S21). However, glass may be in a molten state. In this case, the first heating step can be omitted. In addition, it is not always necessary to put both the solid glass and the high-level radioactive liquid waste from the same supply port 5. The glass supply port and the high-level radioactive liquid waste supply port are separately provided to separate the glass and the high-level radioactive liquid waste. May be put separately.

容器2内に固形ガラスと高レベル放射性廃液の混合体1を入れた後、加熱装置4によって発熱体3を誘導加熱する(第1の加熱工程:ステップS22)。例えば10K〜100KHz程度の値の高周波の交流電流を使用して発熱体3を例えば1000℃程度まで加熱する。この加熱によって混合体1中の固形ガラスが加熱されて溶融し、導電性の溶融ガラスとなる。加熱は、容器2外周の加熱装置4Aと容器2底部の加熱装置4Bの両方を使用して行なわれる。   After putting the mixture 1 of solid glass and high-level radioactive liquid waste into the container 2, the heating element 3 is induction-heated by the heating device 4 (first heating step: step S22). For example, the heating element 3 is heated to, for example, about 1000 ° C. using a high-frequency alternating current having a value of about 10 K to 100 KHz. By this heating, the solid glass in the mixture 1 is heated and melted to become conductive molten glass. Heating is performed using both the heating device 4A on the outer periphery of the container 2 and the heating device 4B on the bottom of the container 2.

固形ガラスが溶融し、導電性を有した後、加熱装置4によって混合体1と発熱体3との両方を誘導加熱する(第2の加熱工程:ステップS23)。例えば1K〜10KHz程度の値の中周波の交流電流を使用して混合体1と発熱体3を誘導加熱し、混合体1を1200℃程度まで加熱する。加熱は、容器2外周の加熱装置4Aと容器2底部の加熱装置4Bの両方を使用して行なわれる。   After the solid glass melts and becomes conductive, both the mixture 1 and the heating element 3 are induction-heated by the heating device 4 (second heating step: step S23). For example, the mixture 1 and the heating element 3 are induction-heated using an alternating current having a medium frequency of about 1 K to 10 KHz, and the mixture 1 is heated to about 1200 ° C. Heating is performed using both the heating device 4A on the outer periphery of the container 2 and the heating device 4B on the bottom of the container 2.

本実施形態では、第2の加熱工程で加熱装置4によって混合体1中に当該混合体1を撹拌する電磁力F1,F2を発生させながら混合体1の誘導加熱を行なうようにしている。即ち、加熱装置4に誘導加熱用の単相交流電流を供給すると同時に、電磁撹拌用の三相交流電流を供給する。例えば100Hzオーダーの低周波の三相交流電流を供給する。なお、本実施形態では導電性液体がガラスの混合体1であるため、電磁撹拌用の三相交流電流として例えば100Hzオーダーの低周波の三相交流電流を供給しているが、低周波三相交流電流の周波数としては100Hzオーダーに限るものではなく、導電性液体の種類等に応じて適宜決定する。例えば、導電性液体が液体金属の場合には、例えば50Hz,60Hz等の商用周波数の三相交流電流の使用が可能である。   In the present embodiment, induction heating of the mixture 1 is performed while generating electromagnetic forces F1 and F2 for stirring the mixture 1 in the mixture 1 by the heating device 4 in the second heating step. That is, a single-phase alternating current for induction heating is supplied to the heating device 4 and at the same time, a three-phase alternating current for electromagnetic stirring is supplied. For example, a low-frequency three-phase alternating current of the order of 100 Hz is supplied. In this embodiment, since the conductive liquid is the glass mixture 1, a low-frequency three-phase alternating current of, for example, 100 Hz order is supplied as a three-phase alternating current for electromagnetic stirring. The frequency of the alternating current is not limited to the order of 100 Hz, and is appropriately determined according to the type of the conductive liquid. For example, when the conductive liquid is a liquid metal, it is possible to use a three-phase alternating current having a commercial frequency such as 50 Hz or 60 Hz.

容器2外周の加熱装置4Aは容器2の周壁2cに比較的近い位置の混合体1を上向きに駆動する電磁力F1を発生させる。電磁力F1によって上向きに駆動された混合体1とそれに含まれる金属粒子10は、液面近くで反転して容器2の中心付近を下降し、その後、底部3b近くで反転して周壁2cに沿って上昇する。このように混合体1とそれに含まれる金属粒子10は撹拌される。また、容器2底部の加熱装置4Bは容器2内の底部3bに混合体1と金属粒子10を周方向に駆動する電磁力F2を発生させる。これにより、容器2内底部の混合体1と金属粒子10は周方向に回され撹拌される。このように本発明では、2つの加熱装置4A,4Bによって容器2内の混合体1を撹拌することができるので、混合体1の高レベル放射性廃液に含まれている金属粒子10を浮遊させて沈殿、堆積を防止することができる。ただし、混合体1の溶融ガラスの電気伝導率は金属粒子10の電気伝導率に比べて小さいため、金属粒子10に作用する電磁力は混合体1の溶融ガラスに作用する電磁力と比べて大きい。   The heating device 4A on the outer periphery of the container 2 generates an electromagnetic force F1 that drives the mixture 1 at a position relatively close to the peripheral wall 2c of the container 2 upward. The mixture 1 driven upward by the electromagnetic force F1 and the metal particles 10 included in the mixture are reversed near the liquid surface and lowered near the center of the container 2, and then reversed near the bottom 3b and along the peripheral wall 2c. Rise. Thus, the mixture 1 and the metal particle 10 contained in it are stirred. The heating device 4B at the bottom of the container 2 generates an electromagnetic force F2 that drives the mixture 1 and the metal particles 10 in the circumferential direction at the bottom 3b in the container 2. Thereby, the mixture 1 and the metal particle 10 in the inner bottom part of the container 2 are rotated in the circumferential direction and stirred. Thus, in this invention, since the mixture 1 in the container 2 can be stirred by the two heating devices 4A and 4B, the metal particles 10 contained in the high-level radioactive waste liquid of the mixture 1 are suspended. Precipitation and accumulation can be prevented. However, since the electric conductivity of the molten glass of the mixture 1 is smaller than the electric conductivity of the metal particles 10, the electromagnetic force acting on the metal particles 10 is larger than the electromagnetic force acting on the molten glass of the mixture 1. .

また、本発明では、第1の加熱工程では発熱体3を誘導加熱し、その熱で混合体1を加熱しており、第2の加熱工程では混合体1を発熱体3の発熱と誘導加熱コイルによる誘導加熱によって加熱しているので、混合体1を広い範囲で加熱することができ、混合体1全体を均一に加熱することができる。即ち、図15に示すように主電極や補助電極によってジュール加熱する場合は謂わば点による加熱であり部分的な加熱になりやすいが、本発明のように発熱体3や誘導加熱コイルによる加熱は謂わば面による加熱であり、混合体1を広い範囲で加熱するのに適しており、混合体1全体を均一に加熱するのが容易である。   In the present invention, the heating element 3 is induction-heated in the first heating step, and the mixture 1 is heated by the heat. In the second heating step, the heating of the heating element 3 and induction heating of the mixture 1 are performed. Since heating is performed by induction heating using a coil, the mixture 1 can be heated in a wide range, and the entire mixture 1 can be heated uniformly. That is, when the Joule heating is performed by the main electrode or the auxiliary electrode as shown in FIG. 15, so-called so-called point heating is likely to be partial heating, but the heating by the heating element 3 or the induction heating coil is not performed as in the present invention. The so-called surface heating is suitable for heating the mixture 1 in a wide range, and it is easy to uniformly heat the entire mixture 1.

また、本実施形態では加熱装置4及び発熱体3を容器2の外周と底部の両方に設けているので、容器2の側面と底面の両方から加熱を行なって混合体1を自然対流させることができる。容器2の側面と底面からの加熱によって生じる混合体1の自然対流は混合体1の温度むらを解消すると共に、金属粒子10の沈降・堆積を防止する。即ち、加熱装置4による電磁撹拌を行なわない場合であっても、混合体1の温度むらや金属粒子10の沈降・堆積を防止することができ、電磁撹拌を行なう場合には混合体1の温度むらや金属粒子10の沈降・堆積をより一層良好に防止することができる。   In the present embodiment, the heating device 4 and the heating element 3 are provided on both the outer periphery and the bottom of the container 2, so that the mixture 1 can be naturally convected by heating from both the side surface and the bottom surface of the container 2. it can. The natural convection of the mixture 1 caused by heating from the side and bottom surfaces of the container 2 eliminates the temperature unevenness of the mixture 1 and prevents sedimentation / deposition of the metal particles 10. That is, even when electromagnetic stirring by the heating device 4 is not performed, temperature unevenness of the mixture 1 and settling / deposition of the metal particles 10 can be prevented. When electromagnetic stirring is performed, the temperature of the mixture 1 can be prevented. Unevenness and sedimentation / deposition of the metal particles 10 can be prevented even better.

その後、流下ノズル8のバルブを開くと、容器2内の混合体1が流下ノズル8から排出されてガラス固化容器に充填される(ステップS24)。混合体1中には金属粒子10が分散されているので、金属粒子10も一緒にガラス固化容器内に充填される。混合体1は加熱装置4によって均一に加熱されており、温度むらがないので、混合体1を流下ノズル8からガラス固化容器にスムーズに充填することができる。このとき、加熱装置4を停止させてから混合体1および金属粒子10が冷めないうちに流下ノズル8から排出しても良いし、加熱装置4を作動させたままの状態で混合体1および金属粒子10を流下ノズル8から排出しても良い。   Thereafter, when the valve of the flow-down nozzle 8 is opened, the mixture 1 in the container 2 is discharged from the flow-down nozzle 8 and filled in the vitrification container (step S24). Since the metal particles 10 are dispersed in the mixture 1, the metal particles 10 are also filled together in the vitrification container. Since the mixture 1 is uniformly heated by the heating device 4 and there is no temperature unevenness, the mixture 1 can be smoothly filled into the vitrification container from the flow nozzle 8. At this time, after the heating device 4 is stopped, the mixture 1 and the metal particles 10 may be discharged from the flow-down nozzle 8 before being cooled, or the mixture 1 and the metal may be left in a state where the heating device 4 is operated. The particles 10 may be discharged from the falling nozzle 8.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、加熱装置4を容器2の外周と底部の両方に設けていたが、必ずしも両方に設ける必要はなく、いずれか一方にのみ設けても良い。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above description, the heating device 4 is provided on both the outer periphery and the bottom of the container 2, but it is not necessarily provided on both, and may be provided only on either one.

また、上述の説明では、第2の加熱工程で混合体1を撹拌する電磁力を発生させるようにしていたが、混合体1撹拌用の電磁力を発生させなくても良い。また、必ずしも第2の加熱工程の全てで混合体1撹拌用の電磁力を発生させる必要はなく、例えば第2の加熱工程の後期にのみ電磁力を発生させるようにしても良い。   In the above description, the electromagnetic force for stirring the mixture 1 is generated in the second heating step. However, the electromagnetic force for stirring the mixture 1 may not be generated. Further, it is not always necessary to generate the electromagnetic force for stirring the mixture 1 in all of the second heating process, and for example, the electromagnetic force may be generated only in the latter stage of the second heating process.

さらに、上述の説明では、導電性液体1として高レベル放射性廃液とガラスの混合体1を例にしていたが、加熱の対象としてはこれに限るものではなく、導電性を有し誘導加熱可能な流体であれば特に限定されるものではない。例えば、鉄やアルミ等の金属、非金属であってもある程度電気伝導率があるものや例えばガラスのように温度の上昇とともに電気伝導率が大きくなるものを加熱の対象にしても良い。また、例えば鉄やアルミ等の金属の溶融や精錬で、できるだけ均一な加熱が必要な場合、容器2や発熱体3の温度上昇を抑えたい場合、導電性液体1中に不純物を一様に分布させたい場合(例えば特定の不純物を混ぜて材料の機械的強度を増大させる場合など)等の使用に適している。   Further, in the above description, the high-level radioactive liquid waste and glass mixture 1 is taken as an example of the conductive liquid 1, but the heating target is not limited to this, and the conductive liquid has conductivity and can be inductively heated. If it is a fluid, it will not specifically limit. For example, a metal such as iron or aluminum, or a non-metal, which has a certain degree of electrical conductivity, or a material whose electrical conductivity increases as the temperature rises, such as glass, may be used as a heating target. Also, for example, when uniform heating is required as much as possible by melting or refining a metal such as iron or aluminum, or when it is desired to suppress the temperature rise of the container 2 or the heating element 3, the impurities are uniformly distributed in the conductive liquid 1. It is suitable for use in cases where it is desired to increase the mechanical strength of a material by mixing specific impurities (for example).

本発明のガラス溶融炉の実施形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment of the glass melting furnace of this invention. 容器外周の加熱装置を示し、第1の加熱工程における磁力線の発生の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heating apparatus of a container outer periphery, and shows the mode of the generation | occurrence | production of the magnetic force line in a 1st heating process. 容器外周の加熱装置を示し、第2の加熱工程における磁力線の発生の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heating apparatus of a container outer periphery, and shows the mode of the generation | occurrence | production of the magnetic force line in a 2nd heating process. 加熱装置である三相交流コイルを説明するための図で、(A)はその位相差を示す図、(B)は電気的な配置を示す図である。It is a figure for demonstrating the three-phase alternating current coil which is a heating apparatus, (A) is a figure which shows the phase difference, (B) is a figure which shows electrical arrangement | positioning. 容器底部の加熱装置を示す平面図である。It is a top view which shows the heating apparatus of a container bottom part. 容器底部の加熱装置を示し、第1の加熱工程における磁力線の発生の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heating apparatus of a container bottom part, and shows the mode of the generation | occurrence | production of the magnetic force line in a 1st heating process. 容器底部の加熱装置を示し、第2の加熱工程における磁力線の発生の様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heating apparatus of a container bottom part, and shows the mode of generation | occurrence | production of the magnetic force line in a 2nd heating process. 本発明のガラス溶融方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of embodiment of the glass melting method of this invention. 発熱体の円筒部の第1の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st modification of the cylindrical part of a heat generating body. 発熱体の円筒部の第2の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd modification of the cylindrical part of a heat generating body. 発熱体の円筒部の第3の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3rd modification of the cylindrical part of a heat generating body. 発熱体の円筒部の第4の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 4th modification of the cylindrical part of a heat generating body. 発熱体の底部の第1の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification of the bottom part of a heat generating body. 発熱体の底部の第2の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd modification of the bottom part of a heat generating body. 従来のガラス溶融炉の断面図である。It is sectional drawing of the conventional glass melting furnace.

符号の説明Explanation of symbols

1 高レベル放射性廃液とガラスとの混合体
2 容器
3 発熱体
4 加熱装置
F1,F2 混合体とそれに含まれる金属粒子を撹拌する電磁力
1 Mixture of high-level radioactive liquid waste and glass 2 Container 3 Heating element 4 Heating device F1, F2 Electromagnetic force for stirring the mixture and metal particles contained in it

Claims (6)

高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を貯える容器と、前記容器内に設けられ前記混合体を加熱可能な発熱体と、使用する交流電流の周波数の切り換えによって発生させる電磁場の磁気浸透距離を変えて前記発熱体又は前記発熱体と前記混合体の両方を誘導加熱する加熱装置を備え、前記加熱装置は、前記発熱体を誘導加熱して前記混合体を間接的に加熱する第1の加熱工程と、前記交流電流の周波数を前記第1の加熱工程よりも下げて前記磁気浸透距離を増加させて前記発熱体と前記混合体の両方を誘導加熱する第2の加熱工程を実施するものであり、前記第1の加熱工程、前記第2の加熱工程の順番で実施することを特徴とする誘導加熱による溶融炉。 A container for storing a mixture of high-level radioactive liquid waste and glass, a heating element provided in the container and capable of heating the mixture, and changing a magnetic penetration distance of an electromagnetic field generated by switching a frequency of an alternating current to be used. A heating device that induction-heats the heating element or both the heating element and the mixture, and the heating device induction-heats the heating element to indirectly heat the mixture. And the second heating step of inductively heating both the heating element and the mixture by lowering the frequency of the alternating current from that of the first heating step to increase the magnetic permeation distance. the first heating step, the melting furnace by induction heating, characterized that you performed in the order of the second heating step. 前記加熱装置は、前記混合体中に当該混合体を撹拌する電磁力を発生可能であることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱による溶融炉。 The heating apparatus, melting furnace by induction heating according to claim 1, characterized in that it is capable of generating electromagnetic force to stir the mixture in the mixing body. 前記発熱体と前記加熱装置は前記容器の外周と底部に設けられていることを特徴とする請求項1記載の誘導加熱による溶融炉。   The melting furnace by induction heating according to claim 1, wherein the heating element and the heating device are provided on an outer periphery and a bottom of the container. 高レベル放射性廃液とガラスとの混合体を貯える容器内に設けた発熱体を前記容器の外に設けた加熱装置によって誘導加熱し、前記発熱体の発熱によって前記混合体を間接的に加熱する第1の加熱工程と、前記第1の加熱工程によって前記混合体を加熱した後、前記加熱装置が使用する交流電流の周波数を下げて発生させる電磁場の磁気浸透距離を増加させて前記発熱体に加えて前記混合体を誘導加熱する第2の加熱工程とを備えることを特徴とする誘導加熱方法。A heating element provided in a container for storing a mixture of high-level radioactive liquid waste and glass is induction-heated by a heating device provided outside the container, and the mixture is indirectly heated by the heat generated by the heating element. After heating the mixture by the heating step 1 and the first heating step, the magnetic penetration distance of the electromagnetic field generated by lowering the frequency of the alternating current used by the heating device is increased and added to the heating element. And a second heating step of induction heating the mixture. 前記第2の加熱工程では、前記加熱装置によって前記混合体中に当該混合体を撹拌する電磁力を発生させながら前記混合体の誘導加熱を行なうことを特徴とする請求項4記載の誘導加熱方法。 5. The induction heating method according to claim 4, wherein in the second heating step, induction heating of the mixture is performed while generating an electromagnetic force for stirring the mixture in the mixture by the heating device. . 前記ガラスは固形の状態で前記容器内に入れられ前記第1の加熱工程によって前記固形ガラスが溶融した後、前記第2の加熱工程を行なうことを特徴とする請求項4記載の誘導加熱方法。 The induction heating method according to claim 4, wherein the glass is placed in the container in a solid state, and the second heating step is performed after the solid glass is melted by the first heating step .
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