JPH11352294A - 被溶融物の溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被溶融物の収容容量を大きくしても、溶融処
理速度を落とすことがなく、溶融処理能力を増すことが
できる溶融炉を提供する。 【解決手段】 溶融炉は、被溶融物９を収容しうる炉本
体１１と、該炉本体を外側から囲繞し被溶融物を高周波
誘導加熱により加熱するコイル２とを有する。この炉本
体内に位置調節可能に補助加熱バーナ６の先端が延入す
るようになっている。加熱バーナ６は、炉本体１１の側
壁部１１ｂに設けても、頂壁部３に設けてもよく、後者
の場合は、加熱バーナ６を首振り運動可能とするのが好
ましい。また、溶融炉は、その底部から溶湯を抜き出す
下抜出すタイプとしてもよいし、炉本体を傾動させて排
出する傾動タイプとしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炉に関し、特
に、放射性廃棄物の溶融処理に適する溶融炉に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、かかる溶融炉の第１従来例を示
している。この第１従来例の場合、上コイル２により、
炉本体１１の外側から金属容器１を高周波誘導加熱によ
り加熱して、投入口８より金属容器１内に投入された放
射性廃棄物である被溶融物９を溶融処理して、非金属系
溶湯４を作っているが、溶融される前の非金属系の被溶
融物９は一般的には熱伝達率が小さく、金属容器１の中
心付近が溶融するような温度に達するのに長時間を必要
とし、溶融処理速度を高められない主因となっていた。
なお、３は炉本体１１の蓋板、４Ａは溶湯の湯面、１２
は排気口を表している。

【０００３】また、溶融に必要な熱が熱伝達率で制限さ
れているため、金属容器１を大きくすると、金属容器１
の外側加熱面から金属容器中心までの距離が大きくなっ
て、上コイル２による全体としての加熱・昇温が難しく
なるため、溶融処理容量を大きくする目的で金属容器１
を大きくしても、設備としての溶融処理能力はなかなか
増大できなかった。

【０００４】図１０は、第２従来例に係る溶融炉を示し
ている。この従来例では、異なる種類の金属と非金属
（例えば、保温材等の無機酸化物）を同時に溶融して金
属溶湯４ａと非金属系溶湯４ｂとを得ている。この場
合、高周波誘導コイル２によって金属が加熱溶融され、
この金属からの伝熱により、非金属が加熱溶融される。
金属の溶湯４ａは、約１５００℃〜１６００℃と高温で
あるが、非金属の溶湯４ｂの生成が進んでくると、非金
属溶湯４ｂの層が厚くなり、その伝熱特性（熱伝導率）
が本来的に悪いため、非金属溶湯４ｂの層の上部では十
分な加熱が行われない、即ち上部からの放熱が大きく加
熱が不十分となる等の欠点があり、均質な溶湯体を得る
ことが困難であった。

【０００５】なお、図９の第１従来例は、溶湯４を炉本
体１１の底部に設けた抜出しノズル５から排出する下抜
き出しタイプの例を示し、図１０の第２従来例は、炉本
体１１全体を傾動させて溶湯を排出する傾動タイプの例
を示しているが、図９の下抜出しの例において異なる種
類の金属及び被溶融物を溶融処理しても、また、図１０
の傾動例において金属のみを溶融処理したとしても上記
課題は依然残っている。また、下抜き出しとした場合に
は、図９に示す上側の被溶融物９や図１０に示す上側の
非金属系溶湯４ｂが十分に加熱溶融されないと粘性が高
く、抜き出しできない等の問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、被溶融物の収容容量を大きくしても、溶融処理
速度を落とすことがなく、溶融処理能力を増すことがで
きる溶融炉を提供することである。また、本発明の別の
目的は、非金属系の被溶融物を処理する場合でも、均一
な溶湯とすることができる溶融炉を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明の溶融炉は、被溶融物を収
容しうる炉本体と、該炉本体を外側から囲繞し前記被溶
融物を高周波誘導加熱により加熱する主加熱装置と、前
記炉本体内に位置調節可能に延入する補助加熱バーナと
を備えている。また、請求項２に係る本発明では、上述
の目的を達成するために、炉本体と、該炉本体の底部内
に設けられ、非金属系被溶融物を収容しうる、高周波誘
導により加熱可能な容器と、前記炉本体及び前記容器を
外側から囲繞し前記非金属系被溶融物を高周波誘導加熱
により加熱する主加熱装置と、前記炉本体内に位置調節
可能に延入する補助加熱バーナと、前記炉本体の底部外
側から前記容器の内部に選択的に連通する溶湯抜き出し
ノズルとを備えている。上記溶融炉において、前記補助
加熱バーナは、前記炉本体の側壁部を貫通して、前記被
溶融物もしくは前記非金属系被溶融物の上部に向かい斜
めに延びていることが好ましい。また、上記溶融炉にお
いて、前記補助加熱バーナは、前記炉本体の頂壁部を貫
通して、前記被溶融物もしくは前記非金属系被溶融物の
上部に向かいほぼ垂直に延ばすことができる。更に、請
求項に係る本発明の溶融炉では、前記補助加熱バーナが
貫通する前記炉本体の頂壁部に、前記補助加熱バーナの
首振り運動を許容するための首振り運動機構が設けられ
ている。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一
符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発
明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限
定されるものではなく、種々の改変が可能である。

【０００９】本発明を下抜出し式の溶融炉に適用した例
が図１に示されている。図１において、頂部開放の炉本
体１１は、底部もしくは底壁部１１ａと側壁部１１ｂと
を有し、底壁部１１ａには、炉本体１１内に収容した金
属容器１の内部と連通状態に、封止プラグ７を備えた溶
湯抜出しノズル５が設けられている。抜出しノズル５は
下コイル１０により囲繞されており、該下コイル１０に
通電することにより、抜出しノズル５を高周波誘導加熱
することができる。また、炉本体１１の開放した頂部に
は蓋板３（頂壁部）が設けられている。

【００１０】一方、炉本体１１の側壁部１１ｂには、そ
のほぼ下半部を外側から囲むように上コイル２（主加熱
装置）が配設されると共に、側壁部１１ｂの上半部に
は、炉壁を貫通して内部に通じるように、被溶融物であ
る放射性廃棄物の投入口８と排気口１２とが斜めに形成
されている。また、側壁部１１ｂには、本発明に従って
可動バーナ（補助加熱バーナ）６が双頭矢印の方向に位
置調節自在に設置されている。

【００１１】即ち、投入口８及び排気口１２とは反対側
の側壁部１１ｂには、上向きに傾斜して取付口１５が設
けられ、該取付口のフランジ部１５ａに伸縮自在のベロ
ーズ１６が取り付けられる。細長い可動バーナ６の先端
は、ベローズ１６及び取付口１５を貫いて炉本体１１内
に延入している。

【００１２】上述したような溶融炉において、溶融処理
の際には、炉本体１１の蓋板３を開いて、金属容器１を
入れ、蓋板３を元に戻したのち、上コイル２により、金
属容器１を高周波誘導加熱により加熱し、投入口８から
非金属系被溶融物９を金属容器１内に投入する。このと
き可動バーナ６の先端を図示のように金属容器１に近づ
けて、バーナ炎６ａの延長線が非金属系被溶融物９のほ
ぼ中心に当たるようにする、好適には、バーナ炎６ａが
非金属系被溶融物９の中心に接触するようにする。可動
バーナ６により、燃料、燃焼条件、バーナの形状等にも
よるが、約１３００〜１３５０℃程度のバーナ炎６ａを
得ることができる。この温度では、金属容器１の溶融等
の事故は想定しなくてもよいので、バーナ炎６ａの制御
は、通常用いられているバーナの制御系で十分に対応で
きる。

【００１３】バーナ炎６ａが金属容器１の中心付近にあ
る場合、金属容器１内の非金属系被溶融物９は、高周波
誘導加熱された金属容器１の壁から受ける輻射熱と熱伝
達に加えて、金属容器中心からバーナ炎６ａで加熱され
るため、非金属系被溶融物９は容易に溶融温度に加熱さ
れる。しかも、バーナ炎６ａの使用は、非金属系被溶融
物９にバーナ炎が直接接触することによる熱伝達の向上
の他に、バーナ炎による非金属系被溶融物の撹拌効果と
バーナ炎により生じる燃焼ガスによる周辺の空間の撹拌
とによる熱伝達率の向上に大きく寄与している。

【００１４】図２の実施形態は、可動バーナ６を金属容
器１の側壁部ではなく、蓋板３に設置したもので、この
実施形態では、可動バーナ６は、金属容器上方から昇降
可能なだけでなく、所定の個所を中心に首振り運動がで
きるようになっている。図２において、ベローズ１６は
蓋板３の上面に適宜の手段で取り付けられている。ベロ
ーズ１６に対応する蓋板部位は開口３ａ（補助加熱バー
ナが貫通する部位）が形成され、そこに、上述した首振
り運動を許容するための首振り機構１７が設けられてい
る。可動バーナ６は、ベローズ１６を貫通して下方に延
び、開口３ａにおいて、自在継手のような首振り機構１
７により矢印で示すように首振り可能に支持されてい
る。

【００１５】このように可動バーナ６を蓋板３に設置し
て垂直方向に操作可能とすることにより、金属容器１の
底部に向かい奥深くまでバーナ先端を容易に降ろすこと
ができるので、非金属系被溶融物９の投入初期から、バ
ーナ炎６ａを効率良く該非金属系被溶融物９に当てるこ
とができる。しかも、可動バーナ６は首振り運動が可能
であるため、非金属系被溶融物９を隅々まで好適に加熱
することができる。

【００１６】図３は、図２の溶融炉において、溶融処理
が進んで非金属系溶湯４ができた状態を示し、バーナ炎
６ａにより非金属系溶湯４が撹拌されつつあり、気泡４
ｃが活発に発生していることが分かる。なお、排気口１
２は図示を省略した。

【００１７】図４は、図２の溶融炉において、溶湯の液
面４Ａが溶融処理の進展に伴って上昇し、バーナ６のト
ーチ６ｂの先端が非金属系溶湯４中に没するようになっ
た状態を示している。バーナ炎６ａは溶湯４中にあるの
でトーチ６ｂの先端から噴出する炎と燃焼ガスにより非
金属系溶湯４を激しく撹拌する。この激しい撹拌作用
で、気泡４ｃが発生し溶湯液面４Ａは波立つので、溶湯
液面４Ａに浮いている非金属系被溶融物９との間の熱伝
達量を大きくすると共に、十分に溶融せずに非金属系溶
湯中に存在するコロイド状の塊も、バーナ炎による撹拌
により、非金属系溶湯との熱伝達量を大きくされるの
で、完全溶融までの所要時間を短縮することができる。
これらの結果として、設備の溶融処理速度を大きくする
ことができると共に、金属容器の大型化も可能となる。
更に、溶湯の上部を加熱することにより、粘性を低下さ
せることが可能である。

【００１８】また、上述した実施形態は、溶湯を金属容
器の底部から取り出す下抜き出しタイプの炉を用いてい
るが、図５〜図８に示されるように傾動タイプの炉にお
いても、その効果は同じで、本発明の作用、効果は、炉
の形式に依存することなく同様に得られる。図５〜図８
に示した変形例と図１〜図４のものの構成上の相違点
は、変形例においては、金属容器１、抜出しノズル５及
び下コイル１０が設けられていない点であり、従って、
放射性廃棄物９は炉本体１１内に直接投入されると共
に、得られた溶湯は溶融炉を傾動させることにより、例
えば投入口８から排出される。

【００１９】図５〜図８において、金属と非金属とを同
時に溶融した場合には、非金属の溶湯４ｂの層の厚みが
増すに従って、上部からバーナ６で加熱することによ
り、非金属の溶湯４ｂの層の加熱を促進し、以て上部か
らの放熱を押さえることもでき、より均質な溶湯体が得
られると共に、溶融処理速度が向上する等の効果があ
る。

【００２０】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、様
々な改変が可能である。例えば、本発明は、金属容器１
に限定して説明したが、本容器は、高周波加熱可能な容
器（例えば導電性セラミックによる容器）なら、同じ作
用効果が得られることは言うまでもない。また、これら
の実施形態の図では、投入された金属容器１内の放射性
廃棄物である非金属系被溶融物９や溶湯４を加熱してい
るが、投入口８より投入され、落下する非金属系被溶融
物９を直接加熱することにより、廃棄物中に含まれる可
燃物を事前に燃焼、焼却させることができ、処理速度の
向上を図ることができる。また、その時に発生する焼却
灰は、そのまま直接金属容器１内に落下し、溶融処理さ
れる効果もある。

【００２１】更に、溶融される物質は、放射性廃棄物で
なければならないことはなく、溶融する必要があり且つ
溶融しうる物質なら本発明による溶融炉において取り扱
うことができる。また、どの実施形態においても、可動
バーナは１本のみが使用されているが、２本以上用いて
もよく、その場合、炉本体の側壁部及び頂壁部の双方に
設置しうる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、溶融
炉は、被溶融物を収容しうる炉本体と、該炉本体を外側
から囲繞し前記被溶融物を高周波誘導加熱により加熱す
る主加熱装置と、前記炉本体内に調節可能に延入する補
助加熱バーナとを備えているので、補助加熱バーナの延
入量を調節することにより、被溶融物の上部を適切に加
熱することができるので、炉本体を大型にしても、溶融
処理速度を落とすことがなく、溶融処理能力を高めるこ
とができる。また、請求項２に記載の本発明において
も、溶融炉は、炉本体と、該炉本体の底部内に設けら
れ、非金属系被溶融物を収容しうる、高周波誘導により
加熱可能な容器と、前記炉本体及び前記容器を外側から
囲繞し前記非金属系被溶融物を高周波誘導加熱により加
熱する主加熱装置と、前記炉本体内に調節可能に延入す
る補助加熱バーナと、前記炉本体の底部外側から前記容
器の内部に選択的に連通する溶湯抜き出しノズルとを備
えているので、請求項１に係る溶融炉と同等の効果を奏
することができる。更に、請求項３に記載のように、前
記補助加熱バーナが、前記炉本体の側壁部を貫通して、
前記被溶融物もしくは前記非金属系被溶融物の上部に向
かい斜めに延びていれば、補助加熱バーナの炎を前記被
溶融物もしくは前記非金属系被溶融物に接触させること
ができるので、より効果的に加熱可能である。また、請
求項４に記載のように、前記補助加熱バーナが、前記炉
本体の頂壁部を貫通して、前記被溶融物もしくは前記非
金属系被溶融物の上部に向かいほぼ垂直に延びていれ
ば、バーナ炎を被溶融物もしくは非金属系被溶融物の深
くまで侵入させることができるため、バーナ炎による被
溶融物もしくは非金属系被溶融物の撹拌効果により気泡
が発生して、溶湯液面が波立つので、溶湯液面に浮いて
いる被溶融物もしくは非金属系被溶融物との間の熱伝達
量を大きくしうると共に、バーナ炎により生じる燃焼ガ
スによる周辺の空間の撹拌とによる熱伝達率の向上に大
きく寄与し、更に加熱を効果的に行うことができる。請
求項５に係る本発明のように、前記補助加熱バーナが貫
通する前記炉本体の頂壁部の部位に、前記補助加熱バー
ナの首振り運動を許容するための首振り運動機構を設け
ておけば、補助加熱バーナは首振り運動が可能となり、
隅々まで好適に加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による下抜出しタイプの溶融炉の実施
形態を示す概略断面図である。

【図２】 本発明による下抜出しタイプの溶融炉の別の
実施形態を示す概略断面図である。

【図３】 図２の溶融炉において、可動バーナが下方に
移動しそのバーナ炎が溶湯に接触している状態を示す概
略断面図である。

【図４】 図２の溶融炉において、溶融処理の進展に伴
って可動バーナのトーチ先端が溶湯の液面下に没してい
る状態を示す概略部分断面図である。

【図５】 本発明による傾動タイプの溶融炉の実施形態
を示す概略断面図である。

【図６】 本発明による傾動タイプの溶融炉の別の実施
形態を示す概略断面図である。

【図７】 図６の溶融炉についての、図３にほぼ対応す
る図である。

【図８】 図６の溶融炉についての、図４にほぼ対応す
る図である。

【図９】 従来の下抜出しタイプの溶融炉の概略断面図
である。

【図１０】 従来の傾動タイプの溶融炉の概略断面図で
ある。

【符号の説明】 １…金属容器（容器）、２…上コイル（主加熱装置）、
３…蓋板（炉本体の頂壁部）、３ａ…開口（補助加熱バ
ーナが貫通する部位）、５…溶湯抜出しノズル、６…可
動バーナ（補助加熱バーナ）、９…被溶融物もしくは非
金属系被溶融物、１１…炉本体、１１ａ…炉本体の底壁
部（底部）、１１ｂ…炉本体の側壁部、１７…首振り運
動機構。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶融物を収容しうる炉本体と、該炉本
   体を外側から囲繞し前記被溶融物を高周波誘導加熱によ
   り加熱する主加熱装置と、前記炉本体内に位置調節可能
   に延入する補助加熱バーナとを備える被溶融物の溶融
   炉。
2. 【請求項２】 炉本体と、該炉本体の底部内に設けら
   れ、非金属系被溶融物を収容しうる、高周波誘導により
   加熱可能な容器と、前記炉本体及び前記容器を外側から
   囲繞し前記非金属系被溶融物を高周波誘導加熱により加
   熱する主加熱装置と、前記炉本体内に位置調節可能に延
   入する補助加熱バーナと、前記炉本体の底部外側から前
   記容器の内部に選択的に連通する溶湯抜き出しノズルと
   を備える非金属系被溶融物の溶融炉。
3. 【請求項３】 前記補助加熱バーナは、前記炉本体の側
   壁部を貫通して、前記被溶融物もしくは前記非金属系被
   溶融物の上部に向かい斜めに延びている請求項１又は２
   に記載の溶融炉。
4. 【請求項４】 前記補助加熱バーナは、前記炉本体の頂
   壁部を貫通して、前記被溶融物もしくは前記非金属系被
   溶融物の上部に向かいほぼ垂直に延びている請求項１又
   は２に記載の溶融炉。
5. 【請求項５】 前記補助加熱バーナが貫通する前記炉本
   体の頂壁部の部位に、前記補助加熱バーナの首振り運動
   を許容するための首振り運動機構が設けられている請求
   項４に記載の溶融炉。