JP6748309B2 - 金属酸化物補強材を含む低温溶融炉及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属酸化物補強材を含む低温溶融炉及びその製造方法に関し、金属セクターと金属セクターの間に異物の流入などにより補強材が損傷することを防止し、交換を容易にする技術に関する。

有害性廃棄物、特に、原子力発電などにより出る放射性廃棄物をより安定的に処理、保管、及び管理することは非常に重要な問題である。このような有害性廃棄物を処理する方法として、圧縮、焼却、及びセメント固化などの多様な技術が適用されているが、各技術は減容比が少なく、浸出水などの二次被害の発生可能性も高いという問題があった。最近、いくつかの国を中心に、有害性廃棄物を処理及び保管する方法のうち、誘導加熱式低温溶融炉を利用して有害性廃棄物を燃焼させ、重金属を溶融してガラス固化体にしてガラス構造の中に閉じ込めて周辺環境に浸出しないようにして隔離させる低温溶融炉ガラス化技術が開発されてきた。

従来のガラス化設備低温溶融炉は、セクターとセクターの間が雲母板で接合されることが一般的であって、雲母板だけで接合された場合は低温溶融炉に異物が流入するときにアーキング現象が発生して雲母板が損傷する問題が発生した。このように、雲母板が損傷すると、セクターとセクターの間に溶融物が浸透することもあり、この過程が繰り返されると、低温溶融炉の安定性にも大きな悪影響を与えることがある。

また、従来のセクターとセクターの間は雲母板で強く結合されているため、雲母板が損傷した場合、雲母板の交換及び整備が難しいという問題があった。

本発明の目的は、既存の低温溶融炉のセクター間の結合が雲母板で行われて雲母板がアーキングなどで損傷する問題を解決することにあり、また他の目的は、セクターの間が雲母板で強く結合されて交換及び整備が難しいという問題を解決することにある。

上記本発明の目的は、ガラス化設備溶融炉の溶融空間を形成するための第１水冷セクターと隣接した第２水冷セクターの間に位置する補強材を含む低温溶融炉として、前記補強材は、水平断面形状がＴ字状であり、前記Ｔ字状の板状部分が前記溶融空間の内部を向くようにし、前記Ｔ字状のチップ部分が前記水冷セクターの間に挟み結合されており、材質が金属酸化物を含むことを特徴とする水冷セクターの間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉により達成される。

前記金属酸化物補強材の材質は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＺｒＯ_２の中から選択される少なくとも１つを含むことができる。

前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間に位置する雲母板をさらに含むことができる。

前記雲母板は、前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間において金属酸化物補強材の端から前記水冷セクターの間の外側端部までの空間に位置することができ、隣接した水冷セクターと接着されることができる。

前記雲母板の厚さは０．１乃至１ｍｍであり、前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さと同じかより厚いことができる。

前記金属酸化物補強材と前記水冷セクターの間に無機系接着層をさらに含むことができる。

前記水冷セクターの内部には冷却水流路が形成されることができる。

前記金属酸化物補強材の板状部分の幅（ｗ）範囲は０．２乃至４０ｍｍであり、前記板状部分の厚さ（ｔ２）範囲は０．１乃至５ｍｍであり得る。
［１４］前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さ（ｔ１）範囲は０．１乃至１ｍｍであり、前記チップ部分の長さの範囲（ｈ）は０．１乃至２０ｍｍであり得る。
［１５］前記金属酸化物補強材のチップ部分と板状部分が会うコーナー部分の水平断面は曲率半径の範囲が０．１乃至１０ｍｍである外弧状であり得る。
［１６］前記本発明の目的を達成するためのまた他の解決手段として、第１水冷セクターと第２水冷セクターを準備する水冷セクター準備段階、前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の外側部に雲母板を挟んで接着する雲母板接着段階、前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の内側部にＴ字状の金属酸化物補強材のチップ部分が挿入される補強材挿入段階を含む水冷セクター間の金属酸化物補強材の結合方法により達成される。

前記補強材挿入段階の以前に、酸化物補強材のチップ部分と前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の内側部の中から選択される少なくとも一方に無機系接着剤を塗る接着剤塗布段階をさらに含むことができる。

本発明の金属酸化物補強材を含む低温溶融炉及びその製造方法は、アーキング現象により雲母板が損傷することを防止し、補強材の損傷が発生する場合、容易に交換及び補修ができるため、低温溶融炉の耐久性及び安定性が向上する。

本発明の一実施形態による低温溶融炉の補強材を示す断面図である。 本発明の一実施形態による補強材を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

添付される図面は、本発明の技術的思想をより具体的に説明するための一例に過ぎないので、本発明の思想が添付される図面に限定されることではない。

多数の水冷セクターで構成された溶融空間を含むガラス化低温溶融炉は、電気による誘導加熱方式を使用してガラス溶融とともに溶融したガラスに廃棄物を投入して燃焼させて残った焼却物をガラス化する装置である。

水冷セクターの間は電気的に絶縁され、低温溶融炉の誘導コイルにより誘導されることを遮断する。水冷セクターと水冷セクターの間に絶縁材料を利用した絶縁層を形成することが好ましい。水冷セクターは、誘導加熱のために金属材質で形成され、特定温度以上に加熱されることを防ぐために内部に冷却水流路が形成されている。
［２５］図１は、本発明の実施形態による低温溶融炉及び絶縁層構造を示す水平断面図及び拡大断面図である。低温溶融炉１０の溶融空間は、多数の水冷セクター１００を円周方向に配置して形成される。本発明の水冷セクター１００と水冷セクター１００の間は、図１に示すように、雲母板２００と金属酸化物補強材３００を含めて結合される。

金属酸化物補強材３００の水平断面形状は、図示したように、Ｔ字状と類似している、Ｔ字状の頭部分に該当する板状部分は溶融空間の内部、すなわち、溶融空間内に位置した状態で、Ｔ字状の足部分に該当するチップ部分は第１水冷セクター１０１と第２水冷セクター１０２の間に挟み結合された形態で位置する。第１水冷セクター１０１と第２水冷セクター１０２の間の金属酸化物補強材３００のチップ部分が挟み結合されて残った外側の空間には雲母板２００が位置することができる。雲母板２００は水冷セクター１００及び水冷セクター１００と接着されて結合されることが一般的である。

前記雲母板２００の厚さは０．１〜１ｍｍであり、前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さと同じかより厚い方がいい。雲母板の厚さが０．１ｍｍより薄い場合、溶融炉の製造や溶融炉の運用のときに弱すぎる強度によって容易に破損され、水冷セクターの間に十分な絶縁を得ることが困難である問題もある。雲母板の厚さが１ｍｍ以上になると、溶融空間を形成する水冷セクターの比率が低下して誘導加熱などで非効率が発生する可能性が高くなる。

金属酸化物補強材３００は、溶融炉の運転中にアーキングによる損傷を防止することが主目的であるため、アーキングによる損傷を最小化することができ、溶融炉内部の高温も耐えるためには、金属酸化物材質が適合である。特に、耐熱衝撃、アーキング損傷防止、低熱膨張、及びその他の耐久性を考慮すると、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２の中から選択される少なくとも１つを主成分とする金属酸化物材質が好ましい。

金属酸化物補強材３００は、水冷セクター１００と水冷セクター１００の間に接着結合されて溶融空間を安定的に維持する。金属酸化物補強材３００を水冷セクター３００の間に結合するためには無機系接着剤を利用して無機系接着層４００を形成する。無機系接着剤は、接着後に溶融炉の高温で接着力を維持し、変形が発生しない接着剤であれば特に限定されない。

図２は、本発明の一実施形態による金属酸化物補強材３００の形状を示す斜視図である。水冷セクターを垂直断面で見ると、細長い形状の多数の水冷セクターが結合して溶融空間を形成しているため、水冷セクターの間の空間に結合される金属酸化物補強材３００も水平断面の形状がＴ字状である細長い棒構造をしている。

金属酸化物補強材の板状部分の幅（ｗ）範囲は０．２乃至４０ｍｍであり、前記板状部分の厚さ（ｔ２）範囲は０．１乃至５ｍｍであることが好ましいが、板状部分の幅は、水冷セクターの角部分が溶融空間に露出されてアーキング現象などが発生しないようにするための範囲を決めたことであり、４０ｍｍを超えると、水冷セクターによる溶融物を加熱できる範囲が過度に減るようになって溶融炉運営の効率が急激に低下する問題があり、０．２ｍｍより狭くなると、水冷セクターの角部分が露出されてアーキング現象の問題を解決することが難しくなる。

板状部分の厚さも適切な強度を維持しながら結合できる範囲を限定しており、５ｍｍより厚く形成されると、溶融空間を占めている全体の体積が大きくなって溶融空間が狭くなり、０．１ｍｍより薄く形成されると、金属酸化物の特性である脆性により小さい衝撃でも簡単に割れるという問題がある。

前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さ（ｔ１）範囲は０．１乃至１ｍｍであり、前記チップ部分の長さ（ｈ）の範囲は０．１乃至２０ｍｍであることが好ましい。チップ部分の厚さの範囲の限定の理由は雲母板３００の厚さの限定の理由と類似しており、長さの範囲は一般的に水冷セクターの間の空間の全体の長さ以内に決めた範囲であり、水冷セクター間の結合力の増大のためには、雲母板が占める空間の体積と金属酸化物補強材３００のチップ部分が水冷セクターの間の空間で占める空間の体積が大略１：２乃至２：１の範囲であることが好ましい。雲母板により空間の外側部に結合される構造は今後の補修時に一定の空間を維持してくれるので、今後に補強材のみを脱付着して交換することが容易になる。

また、図２に示すように、金属酸化物補強材のチップ部分と板状部分が会うコーナー部分の水平断面は、曲率半径の範囲が０．１乃至１０ｍｍである外弧状にした方が良い。これは、板状部分とチップ部分のコーナー部分に応力が集中するときに容易にに破損される可能性を減らすためであり、外弧状に形成されると、チップ部分と板状部分のＴ字状の維持がさらに容易になる。外弧状の曲率範囲が０．１より小さくなると、コーナー部分が垂直である形状と差がないので、応力が集中して破損する可能性が高くなり、曲率範囲が１０以上になると水冷セクターの間の結合時に板状部分が水冷セクターに密着して締結できない問題が発生する可能性がある。

本発明における金属酸化物補強材の結合方法は、次の段階を含む。ａ）第１水冷セクターと第２水冷セクターをその側面部が向き合うように準備する水冷セクター準備段階、ｂ）前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の外側部に雲母板を挟んで接着する雲母板接着段階、ｃ）前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の内側部にＴ字状の金属酸化物補強材のチップ部分が挿入される補強材挿入段階。
［３６］前記結合方法において、ｂ）段階とｃ）段階は作業の容易性及び効率性のために順番を変えて行うこともできる。前記ｃ）段階の以前に無機系接着剤を塗布して接着層を形成し、接着層が固まる前に金属酸化物を締結する段階を含むことができる。
［３７］本発明の金属酸化物補強材を含む低温溶融炉は、アーキング現象を防止することができ、水冷セクターの角部分の溶融物による損傷を減らして耐久性が高くなる。また、金属酸化物補強材は、従来の雲母板に比べて交換が容易であり、維持補修にも有用である。

前述した実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明がこれに限定されることではない。本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様に変形して本発明を実施することが可能であるので、本発明の技術的保護範囲は添付される特許請求の範囲により決定されるべきである。

１０ 低温溶融炉
１００ 水冷セクター
１０１ 第１水冷セクター
１０２ 第２水冷セクター
２００ 雲母板
３００ 金属酸化物補強材
４００ 無機系接着層

Claims (12)

1. ガラス化設備溶融炉の溶融空間を形成するための第１水冷セクターと隣接した第２水冷セクターの間に位置する補強材を含む低温溶融炉であって、
   前記補強材は、水平断面形状がＴ字状であり、前記Ｔ字状の板状部分が前記溶融空間の内部を向くようにし、前記Ｔ字状のチップ部分が水冷セクター間に挟み結合されており、材質が金属酸化物を含むことを特徴とする水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
2. 前記金属酸化物補強材の材質は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＺｒＯ_２の中から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
3. 前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間に位置する雲母板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
4. 前記雲母板は、前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間で金属酸化物補強材の端から水冷セクター間の外側端部までの空間に位置し、隣接した水冷セクターと接着されることを特徴とする請求項３に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
5. 前記雲母板の厚さは、０．１乃至１ｍｍであり、前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さと同じかより厚いことを特徴とする請求項３に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
6. 前記金属酸化物補強材と水冷セクターとの間に無機系接着層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
7. 水冷セクターの内部には冷却水流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
8. 前記金属酸化物補強材の板状部分の幅（ｗ）の範囲は０．２乃至４０ｍｍであり、前記板状部分の厚さ（ｔ２）の範囲は０．１乃至５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
9. 前記金属酸化物補強材のチップ部分の厚さ（ｔ１）の範囲は０．１乃至１ｍｍであり、前記チップ部分の長さの範囲（ｈ）は０．１乃至２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
10. 前記金属酸化物補強材のチップ部分と板状部分が会うコーナー部分の水平断面は、曲率半径の範囲が０．１乃至１０ｍｍである外弧状であることを特徴とする請求項１に記載の水冷セクター間に位置する金属酸化物補強材を含む低温溶融炉。
11. 第１水冷セクターと第２水冷セクターを準備する水冷セクター準備段階と、
    前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の外側部に雲母板を挟んで接着する雲母板接着段階と、
    前記第１水冷セクターと第２水冷セクターの間の空間の内側部にＴ字状の金属酸化物補強材のチップ部分が挿入される補強材挿入段階と、
    を含むことを特徴とする水冷セクター間の金属酸化物補強材の結合方法。
12. 前記補強材挿入段階の以前に酸化物補強材のチップ部分及び前記第１水冷セクターと第２水冷セクター間の空間の内側部の中から選択される少なくとも一方に無機系接着剤を塗る接着剤塗布段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の水冷セクター間の金属酸化物補強材の結合方法。

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