JPS6039758Y2

JPS6039758Y2 - マイクロ波加熱用ルツボ

Info

Publication number: JPS6039758Y2
Application number: JP6431879U
Authority: JP
Inventors: 昌久澤田; 史明小松; 和扶真田; 彰大手
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所; 動力炉・核燃料開発事業団
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1985-11-28
Also published as: JPS55163699U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、粉粒体被処理物にマイクロ波を照射し、これ
を加熱あるいは溶融するためのマイクロ波加熱用ルツボ
に関する。

マイクロ波照射エネルギーを熱源とし、その誘電加熱現
象を利用した粉粒体被処理物の加熱・溶融処理は、産業
廃棄物の処理、例えば放射性物質含有廃棄物に対する、
所謂減容処理（該廃棄物の隔離貯蔵スペース・容器の節
減等を目的とする容積減縮処理）等をはじめとし、各種
分野におけるさまざまな目的に応用することができ、そ
の工業的実施に関し、種々の試みがなされつつある。

このマイクロ波照射による加熱・溶融処理の実際は、被
処理物を適当な溶解用ルツボ内に装入して溶解炉内に設
置し、これに導波管にて炉内に導入されたマイクロ波を
該被処理物に照射することにより行なわれる。

この場合、溶解用ルツボとして従来もっばらステンレス
鋼製等が用いられているが、かかる金属製ルツボをその
まま使用すると、ルツボ壁部近傍における被処理物の温
度勾配が急であるため、被処理物全体の均一加熱をなし
得す、極端な場合には、未溶解層が壁部に付着・残留す
るという問題があり、またそのためにルツボのくり返し
使用ができないという制約を受ける。

さらに、被処理物の物性（特に、誘電加熱現象と関連す
るその物質の分子間結合抵抗、あるいは融点など）等に
よって所要の電力が異なるので、処理条件に応じてマイ
クロ波印加電力の調整を施す必要がある。

特に、起動時（加熱開始の際）には、電界強度を整合さ
せるためにデリケートで煩雑な操作を行なわなければな
らず、しかも多大の印加電力が要求される。

また、被処理物が粉粒体である場合には、加熱溶解開始
時点で電界強度が突然整合すると、急激な発熱と突沸を
おこし、被処理物がルツボから飛散することがある。

特に被処理物が放射性物質であると、その処理に危険を
伴ない、煩雑な手間と多大の労力を貸さなければならな
い。

本考案は、マイクロ波照射に伴なう上記諸問題解決する
さめの新規溶解用ルツボを提供するものである。

本考案に係る溶解用ルツボは、その内壁面にルツボ材料
に応じた断熱材層の内張りを有し、未溶解層残留の問題
を解決し、マイクロ波加熱・溶解の安全・円滑なる操業
を可能にしたものである。

以下、本考案について詳しく説明する。

第１図は、本考案に係る溶解用ルツボの一具体例を示す
断面概要図である。

該ルツボは、ルツボ本体１、その底部のほぼ中央部に立
設された導電性棒状体２および本体１の内壁部に内張す
された断熱材層３からなる。

断熱材層としては、金属製ルツボに対しては、ガラスお
よびセラミックホーロー張り、ガラスおよびセラミック
繊維で作られた口紙、ガラスおよびセラミック粉末を水
ガラスなどの無機質結合剤で混練してなるコーティング
、あるいはアルミナセメントのコーティング等が挙げら
れる上記セラミック材としては、酸化物のほか、窒化物
、炭化物、ホウ化物などを用いることができる。

一方、耐火物製ルツボに対しては、カーボン単体あるい
は炭化珪素粉末等のコーティングが好ましく用いられる
。

なお、いずれの場合にも、断熱材にてルツボ本体の内形
状に合致するごとき寸法の容器状のものを製作し、これ
をルツボ本体内に嵌装・固着せしめるごとき方法にて断
熱材層を形成することもできる。

断熱材層の厚さは、ルツボの形状・寸法、材質・あるい
は断熱材の種類により適当に定められるが、一般に約５
ｗＩｔ以下、好ましくは約０．１〜５ｍｍ程度とされる
。

この断熱材層の適用により、ルツボ本体壁部付近におけ
る被処理物内の温度勾配は緩やかとなり、未溶解物質の
残留の確実な防止効果が得られる。

このルツボを用いた加熱・溶解処理には特別の条件は必
要でなく、第２図■〜■に示すように、ルツボ内被処理
物Ｍを適当量充填して溶解炉内に設置し、その上部から
マイクロ波を照射すればよい。

上記マイクロ波照射において、ルツボ内の被処理物の加
熱・溶解は第２図■〜■に示されるごときプロセスにて
進行する。

すなわち、マイクロ波照射を受けたルツボ内の被処理物
の加熱・溶解は、まず導電性棒状体２の近傍から始まり
、（同図Ｉ）、順次溶融領域を拡張しつつ（同図■）、
最終的に被処理物全体の溶融を完了する（同図■）。

このように被処理物の加熱・溶解が特異な進行状況を呈
するのは次のごとき理由によると考えられる二マイクロ
波が照射されると、導電性棒状体に伝導電流が発生し、
表皮効果を伴なうジュール熱により該棒状体は急速に発
熱・昇温する。

この熱は該棒状体周囲の被処理物に伝達される。

一方、被処理物自体にも、マイクロ波の入射により生ず
る誘電加熱現象にて発熱・昇温する。

この被処理物自体の発熱と前記棒状体からの伝熱による
加熱効果とが相加わって、該棒状体周囲から優先的に被
処理物の溶解が始まり、順次全体へと拡大していくので
あろう。

上述のように導電性物質を被処理物質に介在させてマイ
クロ波照射を施すと、後記実施例にも示されるように照
射効率は格段に高められ、低い印加電力で所要の加熱溶
解を行なわせることができる。

しかも、そのために溶融はゆっくりと緩やかに始まるの
で、溶融開始時の印加電力調整の際に、電界強度が突然
整合した場合でも、被処理物の突沸・飛散等の事故もな
く、安全な操業が可能となる。

ルツボ本体に設けられる導電性棒状体の材質は、加熱溶
解処理に耐え得る融点ならびに定形性を有する電気伝導
性物質であればいかなるものであってもかまわない。

例えば、ステンレス鋼、普通鋼等の金属・合金、あるい
は黒鉛、炭化珪素等の耐火物製のものが好適である。

該棒状体は、円柱状、角柱状その他種々の形状であって
よい。

ただし、その断面積がルツボ断面積に対して小さすぎる
と、ジュール熱による被処理物の加熱効果力寸分てなく
、一方、大きすぎると、被熱処理自体へのマイクロ波入
射効果が減殺され、また棒状体の占める容積により被処
理物の装入量が少なくなる等の不都合が生ずる。

これらの事情を総合的に勘案すると、ルツボ断面積Ａと
棒状体断面積Ｂとの比（Ｂ／Ａ）約１！１５〜ｌ／３の
範囲が好ましく採用される。

棒状体の高さ寸法には特別の制限はなく、被処理物を装
入したときに棒状体が被処理物中に埋没する状態であっ
てよいが、好ましくは棒状体先端部が被処理物のほぼ中
央部ないしそれ以上の高さを有し、最も好ましくは、前
記第２１図に示されるように、該先端部が被処理物の上
面から突出するごそき高さを有するものが用いられる。

なお、棒状体の取付は位置は、該棒状体周囲の被処理物
に対する伝熱機能の面より、ルツボ本体底部のほぼ中央
部であることが望ましい。

また、その取付は態様は、ルツボ本体に対し取りはずし
可能なようにしてもよく、あるいは固着させてもよい。

ルツボ材質と同一の材質のものを適用するときは、ルツ
ボと棒状体とを一体的に製作することもできる。

一方、ルツボ本体の材質は、加熱・溶解処理に耐え得る
ものであれば特に制限はないが、ステンレス鋼、普通鋼
等の金属・合金製、あるいは黒鉛、炭化珪素等のカーボ
ン系耐火物製等が好ましく用いられる。

次に本考案ルツボを用いた溶解処理について実施例を挙
げて具体的に説明する。

実施例１導電性棒状体（断面積比（Ｂ／Ａ）＝１／１３）を配置
した内面がテーパー状のステンレス鋼製ルツボ（上部内
径１０２ｍｍ、底部内径９５朋、深さ１００１ｆｔ！ｎ
）を用い、被処理物（下水焼却灰）３００ｆの溶解処理
を各種内壁断熱材を用いた場合と用いない場合について
行なった。

なお、マイクロ波出力は３ＫＷとした。

その結果を第１表に示す。表中、試験Ｎｏｔは断熱材の
ない場合、間隔、２は断熱材として０．５ｍｍ厚のガラ
ス繊維製濾紙を用いた場合、同Ｎｏ、３は酸化ケイ素粉
末２０ｗｔ％含有水ガラスペーストを用いた場合、同Ｎ
ｏ、４は窒化ホウ素含有スプレーを用いた場合である。

断熱材の形成にあたっては、ガラス繊維製濾紙は金属ル
ツボ内に水ガラスを用いて張りつけた。

また、酸化ケイ素含有水ガラスペーストはルツボ内壁に
約ＩＷｒＩｎ厚で塗布し、窒化ホウ素の場合はスプレー
缶より同様にしてツルボ内に吹き付けた。

金属製ルツボのくり返し使用の可能性は、内容物の溶融
固化後、金属製ルツボを逆さにしてルツボ底部を軽くた
たいて固化体を取出し、再び断熱材の塗布を行なって３
回のくり返し溶融を行なって調べた。

実施例２断熱材層（材質：アスベスト、層厚：１．０ｙ＋ａ）
を施したステンレス鋼製ルツボ（内径：１０２斜、深
さ：１００ｍｍ）を用い、被処理物（下水焼却灰）３０
０９の溶解処理を、導電性棒状体を有する場合と有しな
い場合について行なった。

なお、マイクロ波出力は３ＫＷとした。

その結果を第２表に示す。

表中、試験はＮＯ，１は、導電性棒状体のない場合、回
出、２および３は該棒状体を使用した場合（但し、前者
はその断面積比（Ｂ／Ａ）が小さいもの、後者は適当な
断面積を有するもの）である。

該棒状体として炭素棒を用いた。上記第２表に示される
ように、導電性棒状体を有しないルツボでは、５分経過
後もなお未溶解部が残留している。

また、該棒状体を有する場合であっても、その断面積が
ルツボ断面積に比して小さすぎると、溶解の進行はおそ
い。

これに対し、適当な断面積の棒状体を有するルツボは、
３分経過時点でほぼ全体が溶解し、５分後には未溶解残
留物もなく、低電力で短時間内に溶解処理を完了するこ
とが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案ルツボの一具体例を示す断面図、第２図
は被処理物の溶解進行状況の説明図である。図面中の符号は次のとおりである。１ニルツボ本体、２：導電性棒状体、３：断熱材層、Ｍ
：被処理物。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

粉粒体物質をマイクロ波照射により加熱するに際して該
物質を収容する金属製ルツボであって、内面に新熱材層
を備えることを特徴とするマイクロ波加熱用ルツボ。