JP5754773B2 - 加熱用容器、局所加熱装置および加熱方法 - Google Patents
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Description
[概要]
本発明の実施形態における局所加熱装置は、被加熱物を局所的に加熱する装置である。この例においては、局所加熱装置は、集光型の加熱装置である。被加熱物としては、アスベスト(石綿)などを含有した廃棄物である。この局所加熱装置は、人体に有害な廃棄物を加熱、溶融することによって無害化する。
図1は、本発明の実施形態における局所加熱装置1の例を説明する図である。図1は、各構成の位置関係を説明する模式図である。局所加熱装置1は、反射鏡2、ハロゲンランプ、キセノンランプなどの光源3、吊設部4、石英管5、回収用容器6、および加熱用容器10を有する。この例における局所加熱装置1は、一般的にフローティングゾーン(FZ)法にて結晶成長を行うときに用いられる一般的な集光型加熱装置とほぼ同様の構成であり、吊設部4の下方に位置して種結晶などを支える軸の代わりに回収用容器6が設けられ、また、吊設部4が原料棒ではなく加熱用容器10を吊設することが異なっている。そのため、局所加熱装置1において一般的な集光型加熱装置と同様な構成については、詳細の説明については省略し、構成の概要を説明する。
石英管5は、加熱用容器10を囲むように構成された管状の部材である。石英管5の内部空間にガスを流すことにより、吊設された加熱用容器10の周囲を、特定のガス雰囲気に制御できるようになっている。
回収用容器6は、吊設された加熱用容器10の下方に設置される容器であり、加熱領域TAにおいて溶融して落下する加熱用容器10の一部(管部11(図2参照))および廃棄物を回収する。回収用容器6は、自身が溶融してしまわないように、管部11および被加熱物としての廃棄物よりも融点が高い材料を用いて構成されることが望ましい。ただし、落下中に溶融物が冷却されるため、必ずしも管部11および廃棄物よりも融点が高くなくてもよい。
図2は、本発明の実施形態における加熱用容器10の例を説明する図である。図2(a)は、加熱用容器10の正面図、図2(b)は、加熱用容器10の側面図(図2(a)における矢印Sから見た場合の図)、図2(c)は、加熱用容器10の底面図(図2(a)における矢印Bから見た場合の図)である。加熱用容器10は、廃棄物が装填される内部空間を形成する管部11を有するとともに、管部11と吊設部4とを連結するため連結部を構成する筒部12およびワイヤ13を有する。なお、筒部12およびワイヤ13は、管部11を吊設部4によって吊設された状態にするための構成として設けられているが、管部11を吊設部4によって吊設された状態にすることができる構成であれば、別の構成によって連結部を実現してもよい。
管部11の上端部11Tは開口し、廃棄物が上端部11Tから装填可能になっている。
図3は、本発明の実施形態における加熱方法の例を説明するフローチャートである。図3に示すように、本発明の実施形態における加熱方法は、装填工程(ステップS110)、吊設工程(ステップS120)、加熱工程(ステップS130)、および取出工程(ステップS140)を有する。
このようにして、廃棄物20は、加熱用容器10に装填されることにより、予め棒状に成型される必要がない。
以上が加熱方法の説明である。
以上、本発明の実施形態およびその実施例について説明したが、本発明は以下のように、様々な態様で実施可能である。
[変形例1]
上述した実施形態においては、管部11の下端部11Bは、管の一端部が円板形状の部材によって塞がれた構成であったが、別の構成により塞がれていてもよい。例えば、管の一端部を変形させることにより塞がれるようにしてもよい。
このように、管部11aの下端部11Baにおいて、端部に近づくほど管部11aの内部空間の断面積が狭くなるように構成されていてもよい。
上述した実施形態においては、被加熱物は、アスベストなどの人体に有害な廃棄物20を例として説明したが、人体に無害な廃棄物であってもよいし、廃棄物以外の様々な材料であってもよい。また、被加熱物は、管部11を介して加熱されることになるから、光透過性のある材料であってもよい。
上述した実施形態においては、管部11は、鉄により形成されたものとして説明したが、鉄以外の金属などの導体であってもよいし、半導体であってもよいし、絶縁体であってもよい。このとき、管部11は、局所加熱装置1の光源3からの光を吸収する材料であることが望ましく、また、熱伝導率が高いほうが望ましい。絶縁体の場合には、光源3からの光を吸収し、かつ熱伝導率が高い材料のものは少ないが、例えば、色のついたサファイアなどが用いられる。
また、被加熱物が管部11を構成する材料よりも融点が高く、これらの融点の差が大きい場合であっても、管部11と被加熱物とが反応、化合し、凝固点降下により融点が下がる場合がある。そのため、実質的には、融点の差が小さくなったのと同様な状態となり、上記条件を満たす場合がある。例えば、管部11が鉄であり、被加熱物が白金である場合には、白金単独では融点が1770℃程度であり、1530℃程度の鉄の融点とは大きく異なっているが、鉄と化合することにより、1600℃程度(1:1の組成比の場合)と融点が低くなる。そのため、白金である被加熱物と鉄である管部11の下端部11Bとがまとめて溶融した状態で落下することになる。このように、被加熱物および管部11の材料の組み合わせは様々なものとすることができる。
上述した実施形態においては、管部11の上端部11Tは開口していたが、廃棄物20を装填した後に塞ぐようにしてもよい。上端部11Tを塞ぐ場合には、上端部11Tに蓋を取り付けたり、押し潰して変形させて塞いでもよい。このようにすることで、廃棄物20が溶融する際に発生した蒸気を上方に抜けにくくして、吊設部4、石英管5に再付着することを抑制することができる。
上述した実施形態において、吊設部4は、管部11の下端部11Bの加熱中に管部11の上端部11Tから排出される蒸気などのガス(加熱された廃棄物20から発生するガスなど)を吸入し、排気ダクトなどを介して装置外部(フィルタなどを介してもよい)に排出するための排気ガス吸入部が設けられていてもよい。この場合、排気ガス吸入部は、上端部11Tからのガス(以下、排気ガスという)を吸引するように構成されていてもよい。また、排気ガス吸入部は、上端部11Tと接続して、管部11の内部空間と石英管5の内部空間とを分離するようにしてもよい。上端部11Tと排気ガス吸入部とが直接接続される場合には、上端部11Tと吊設部4とが直接連結する構成として、筒部12およびワイヤ13を用いない構成としてもよい。この場合には、上端部11Tが連結部に相当する。
なお、このような排気ガスについては、廃棄物20および管部11の下端部11Bが溶融する温度よりも低い温度(例えば、500℃程度)で発生するため、廃棄物20および管部11の下端部11Bが溶融する温度に達したときには、ほぼ排気ガスは出尽くしている。したがって、溶融した結果開口した下端部11Bから排気ガスが出てしまうことは、ほとんどない。
上述した実施形態においては、局所加熱装置1は、集光により加熱領域TAに位置する部材を加熱していたが、レーザを用いて加熱するようにしてもよい。また、光を用いた加熱でなくてもよく、管部11の下端部11Bを局所的に加熱可能な方式であれば、例えば、誘導加熱方式、抵抗加熱方式、火力を用いた方式など様々な加熱方式を適用することができる。
Claims (11)
- 局所加熱装置によって吊設された状態で、被加熱物を保持するための加熱用容器であって、
前記局所加熱装置における加熱領域の上下方向の長さよりも管長が長い管形状であり、内部空間に前記被加熱物を保持した状態で一端部を下方に位置させた場合に、当該内部空間に当該被加熱物が保持された状態を保つ形状を有し、当該被加熱物が加熱され溶融すると溶融する材料で形成された管部と、
前記管部の他端部に設けられ、前記局所加熱装置に吊設されるために当該局所加熱装置と連結する連結部と
を具備し、
局所加熱装置によって吊設された状態で前記被加熱物が溶融すると、当該被加熱物の溶融物とともに前記管部の下端部が落下する
ことを特徴とする加熱用容器。 - 前記管部は、熱伝導率が第1値であり融点が第1温度である材料で形成され、
前記連結部は、熱伝導率が前記第1値よりも低い第2値であり、かつ融点が前記第1温度よりも高い第2温度である材料で形成された部材を有し、
前記部材は、前記局所加熱装置に吊設された状態において、前記管部から前記局所加熱装置への熱の伝達経路上に位置するように設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱用容器。 - 前記局所加熱装置は、集光により加熱し、
前記管部は、前記光を吸収する部材で形成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の加熱用容器。 - 前記管部は、電気伝導性を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の加熱用容器。 - 前記管部は、金属で形成され、
前記連結部は、酸化物で形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の加熱用容器。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の加熱用容器と、
前記加熱用容器を吊設し、上下方向に当該加熱用容器を移動させる吊設部と、
前記吊設された前記加熱用容器の一部を局所的に加熱する加熱部と
を具備することを特徴とする局所加熱装置。 - 前記管部は、融点が第1温度である材料で形成され、
前記加熱用容器の下方に設けられ、融点が前記第1温度よりも高い第3温度である材料を用いて構成される回収用容器をさらに具備する
ことを特徴とする請求項6に記載の局所加熱装置。 - 前記管部は、前記他端部が開口し、
前記吊設部は、前記他端部の開口から排出されるガスを吸入する排気ガス吸入部を有する
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の局所加熱装置。 - 融点が第1温度である第1材料で形成された加熱用容器に、融点が第2温度である第2材料を含む被加熱物を装填する装填工程と、
局所加熱装置に前記加熱用容器を吊設する吊設工程と、
前記局所加熱装置により前記加熱用容器の下端部を加熱し、前記被加熱物と前記下端部とをまとめて溶融させる加熱工程と
を備え、
前記第1温度は前記第2温度よりも高いか、または、
前記第1温度は前記第2温度よりも低く、かつ前記第1材料は、前記加熱工程において加熱されると前記第2材料と反応または化合し凝固点降下により融点が下がる材料である
ことを特徴とする加熱方法。 - 前記加熱工程においては、前記溶融させた前記被加熱物および前記加熱用容器を落下させ、回収用容器に回収させる
ことを特徴とする請求項9に記載の加熱方法。 - 前記装填工程においては、前記被加熱物を圧縮する
ことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の加熱方法。
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