JP5267797B2 - ガラス溶融炉 - Google Patents

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撹拌装置を設け、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撹拌を行うように構成されている。

特開２００１−１６３６２４号公報

上述した機械的撹拌装置を設けた溶融炉においては、高温の溶融ガラスの中で作動する機械的撹拌装置を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ことが予想される。
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撹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、溶融ガラスを直接撹拌する機械的撹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。

本発明は、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、前記溶融炉本体の内壁に設けられて、同溶融炉本体の内部に開口を介して連通する加圧室と、同加圧室内に設けられた可動壁と、同可動壁を押圧して同加圧室内の溶融ガラスを前記開口から溶融炉本体内に噴出させて、溶融炉本体に貯留される溶融ガラス内に渦輪を進行させる駆動源を具備した溶融ガラス噴出装置を備え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、前記溶融ガラス噴出装置が、前記溶融炉本体の側壁部に設けられ、同溶融炉本体の底部に向けて溶融ガラスを噴出す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、前記溶融炉本体の底部が、逆多角錐形状に形成され、前記溶融ガラス噴出装置が、前記溶融炉本体の底部の斜面間の境界部に向けて溶融ガラスを噴出することを特徴とする。

本発明の請求項１のガラス溶融炉によれば、溶融ガラス噴出装置が開口を介して加圧室から溶融炉本体内に溶融ガラスを勢いよく噴出させて、溶融ガラス内に渦輪を進行させるので、溶融炉内の溶融ガラスがその渦輪に巻き込まれる流れによって熱や物質の混合が促進され、その結果、溶融ガラスの温度分布や濃度分布の均一化が図れる。また、その渦輪が溶融炉の壁に衝突することによって、壁に堆積していた金属粒子を分散させることができる。しかも、高温の溶融ガラスを直接機械的に撹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に係るガラス溶融炉によれば、溶融ガラス噴出装置が溶融炉の底部に向けて溶融ガラスを噴出させるので、溶融炉内を進行する渦輪が溶融炉の底部に衝突して、該底部に堆積していた金属粒子を分散させることができる。
本発明の請求項３に係る溶融炉によれば、溶融炉の底部が逆多角錐形状に形成されている溶融炉において、特に堆積物が堆積しやすい底部の斜面間の境界部に向けて溶融ガラス噴出装置が溶融ガラスを噴出させるので、溶融炉内を進行する渦輪が上述の斜面間の境界部に衝突して、該境界部に堆積していた金属粒子を分散させることができる。

本発明の一実施例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。 溶融ガラス噴出装置を説明する概念図である。

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。
図１は本発明の一実施例に係るガラス溶融炉の縦断面図、図２は図１の要部断面図、図３は溶融ガラス噴出装置を説明する概念図である。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なし、底部２ａは逆四角錐形状をなしている。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内に流下させる流下ノズル（排出孔）１０が設けられている。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の側壁部には、溶融ガラス噴出装置２４が設けられており、同溶融ガラス噴出装置２４は、溶融炉本体２の底部２ａ、特に逆四角錐形状をなす底部２ａの斜面間の境界部に向けて溶融ガラスＧを噴き出すように構成されている。より詳しくは、図３の概念図に示されるように、溶融ガラス噴出装置２４は、溶融炉本体２の側壁に装着されて溶融炉本体２内に向けられた開口２６ａを有するシリンダ２６と、このシリンダ２６の内部に形成されて開口２６ａを介して溶融炉本体２内に連通する加圧室２７と、シリンダ２６内の加圧室２７に摺動自在に配備された可動壁としてのプランジャ２８と、シリンダ２６に支持されてプランジャ２８を短時間で移動させる駆動源３０を備えており、この駆動源３０は、プランジャ２８を間欠的に移動させるようになっている。

なお、溶融炉本体２の水平断面において四角形状をなし、そして一対の相対向する側壁に、それぞれ主電極１２ａ及び１２ｂが設けられているため、溶融ガラス噴出装置２４は、残りの側壁に設けられている。
駆動源３０によって、プランジャ２８を溶融炉本体２内に向けて間欠的にそして瞬時に移動させると、シリンダ２６の加圧室２７内の溶融ガラスＧが間欠的に開口２６ａから溶融炉本体２内へ勢いよく噴出する。すると、その噴出した溶融ガラスＧは、図３に示されるように、円環状の渦輪Ｖを形成しながら溶融炉本体２に貯留される溶融ガラスＧ内を進行する。

これにより、溶融ガラスＧが渦輪Ｖに巻き込まれる流れによって、熱や物質の混合が促進され、その結果、溶融ガラスＧの温度分布や濃度分布の均一化が図れる。またその渦輪Ｖが溶融炉本体２の壁に間欠的に衝突することによって、壁に堆積していた金属粒子を分散させることができる。しかも、高温の溶融ガラスを直接機械的に撹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。

本実施例においては、溶融ガラス噴出装置２４が、図２に示されるように、溶融炉本体２の底部２ａに向けて溶融ガラスを噴出させるので、渦輪Ｖが溶融炉本体２内を矢印Ａで示されるように間欠的に進行する。これにより、渦輪Ｖが底部２ａに間欠的に衝突し、該底部２ａに堆積していた金属粒子を分散させることができる。しかも、溶融ガラス噴出装置２４は、特に堆積物が堆積しやすい底部２ａの斜面間の境界部に向けて溶融ガラスＧを噴出させるので、溶融炉内を進行する渦輪が上述の斜面間の境界部に衝突して、そこに堆積していた金属粒子を分散させることができる。

本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、例えば、溶融ガラス噴出装置２４を底部２ａに設けて、熔融ガラスＧの表面に存在する仮焼層Ｇ１に向けて熔融ガラスＧを噴出させるように構成することも可能である。

２ ガラス溶融炉本体
２ａ 底部
１０ 流下ノズル（排出孔）
２４ 溶融ガラス噴出装置
２６ シリンダ
２７ 加圧室
２６ａ 開口
２８ プランジャ（可動壁）
３０ 駆動源
Ｇ 溶融ガラス
Ｖ 渦輪

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、
   前記溶融炉本体の内壁に設けられて、同溶融炉本体の内部に開口を介して連通する加圧室と、
   同加圧室内に設けられた可動壁と、
   同可動壁を押圧して同加圧室内の溶融ガラスを前記開口から溶融炉本体内に噴出させて、溶融炉本体に貯留される溶融ガラス内に渦輪を進行させる駆動源を具備した溶融ガラス噴出装置を備えた
   ことを特徴とするガラス溶融炉。
2. 前記溶融ガラス噴出装置が、前記溶融炉本体の側壁部に設けられ、同溶融炉本体の底部に向けて溶融ガラスを噴出することを特徴とする請求項１記載のガラス溶融炉。
3. 前記溶融炉本体の底部が、逆多角錐形状に形成され、
   前記溶融ガラス噴出装置が、前記溶融炉本体の底部の斜面間の境界部に向けて溶融ガラスを噴出す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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