(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害廃棄物および加熱時にガラス質物質を形成するのに必要な他のあらゆる成分を受け入れるための金属製融解槽と、
該金属製融解槽内の物質を加熱するためのヒータと、
金属製閉込め槽とを有し、該金属製閉込め槽内には融解槽が配置されており、閉込め槽は、融解槽の破損時に、破損した融解槽から出るあらゆる物質を受け入れ且つ収容し、
融解槽の破損を検出するためのセンサを更に有することを特徴とする有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項２】
前記ヒータは、（ａ）融解槽内の溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱するヒータと、（ｂ）融解槽と該融解槽内の溶融物質内の電極との間に電圧を印加し、溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱するヒータと、（ｃ）融解槽内の溶融物質内の１対の電極の間に電圧を印加し、溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱するヒータと、（ｄ）融解槽および該融解槽内の物質を加熱する誘導コイルを備えたヒータと、（ｅ）融解槽内の物質を加熱する電気抵抗要素を備えたヒータとからなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
加熱すべき物質を混合するための攪拌子を更に有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項４】
前記閉込め槽は、融解槽の回りで密閉シールされて、密閉チャンバを形成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項５】
前記センサは融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバに連通しており、融解槽が破損したときの密閉シールチャンバ内の圧力変化を検出して、このような破損を検出することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項６】
前記融解槽の破損を検出するセンサは、破損した融解槽から閉込め槽により受け入れられた物質の存在を検出することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項７】
前記センサは、破損した融解槽から閉込め槽に受け入れられた物質の存在を検出する電気回路を有することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項８】
前記センサの電気回路は、融解槽と閉込め槽との間に配置された１対の電気プローブを有し、該電気プローブは、破損した融解槽から閉込め槽に受け入れられた物質が両プローブを電気的に相互接続するまで、常時、電気的に互いに遮断されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項９】
前記センサの電気回路は融解槽と閉込め槽との間に位置する電流路を有し、該電流路は、常時閉じられているけれども、破損した融解槽から閉込め槽に受け入れられた物質の存在により開かれることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項１０】
前記融解槽の破損を検出するための別のセンサを更に有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項１１】
融解槽の破損を検出する各センサは、融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバに連通していて、融解槽が破損したときに圧力変化を検出するセンサと、破損した融解槽から閉込め槽内に受け入れられた物質の存在を検出する電気回路を備えたセンサとからなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第10項に記載の有害廃棄物をガラス化する装置。
【請求項１２】
有害廃棄物および加熱時にガラス質物質を形成するのに必要な他のあらゆる成分を、金属製融解槽内に導入し、
該金属製融解槽内の物質を加熱し、
融解槽の破損時に該融解槽から出るあらゆる溶融物質を収容すべく、金属製閉込め槽内に融解槽を配置し、
融解槽の破損を検出することからなることを特徴とする有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１３】
前記加熱は、（ａ）融解槽内の溶融物質に電流を通し、（ｂ）誘導加熱を用い、および（ｃ）電気抵抗加熱を用いることからなる群から選択された工程により行なわれることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１４】
前記物質が、加熱中に攪拌されることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１５】
前記融解槽の破損の検出が、融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバの圧力変化を検出することにより行なわれることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１６】
前記融解槽の破損の検出が、融解槽から閉込め槽内に受け入れられる物質の存在を検出することにより行なわれることを特徴とする請求の範囲第12項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１７】
融解槽から閉込め槽内に受け入れられる物質の存在は、電気回路により検出されることを特徴とする請求の範囲第16項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【請求項１８】
１対のセンサを使用して前記融解槽の破損を検出することを特徴とする請求の範囲第12項に記載の有害廃棄物をガラス化する方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、有害廃棄物のガラス化装置および方法に関する。
背景技術
これまで、廃棄物のガラス化は、約1,500〜1,600℃の比較的高温に加熱できるセラミックライニングされた融解槽内で行なわれている。例えば、ロバーツ（Roberts）他の米国特許第4,820,328号に開示された加熱方法は、廃棄アスベストを高温融解法によりガラス化するのに使用できる。また、Richardsの米国特許第5,100,453号に開示されているように、このような高温融解法は、建造物の断熱に使用される種類のガラス繊維のリサイクリングに使用できる。同様に、焼却炉フライアッシュも、このような高温融解法によりセラミック融解槽内でガラス化できる。このような処理の間、廃棄物および加熱時にガラス質物質の形成に必要な他の任意の成分はセラミック融解槽内に導入され、溶融物質はセラミック融解槽のシーム部またはあらゆるクラック内に浸透して充分に冷却し、これにより槽をシールして漏洩を防止する。
約1,000〜1,100℃の低温での有害廃棄物のガラス化も、これまで、有害廃棄物を金属製融解槽内で加熱することにより行なわれている。核廃棄物または重金属等の有害廃棄物をガラス化するとき、得られる融解混合物は、冷却時に貯蔵しておくための容器内に回収できる。しかしながら、使用中に金属製融解槽が破損することがあり、このような場合には、融解槽内の有害廃棄物が、処理を行なう設備を汚染してしまう。このような汚染は、核廃棄物の処理が含まれる場合に特に問題である。また、金属製融解槽の加熱は、これまで、金属製融解槽と、加熱すべき廃棄物とを混合する攪拌子との間の溶融物質に電流を通すことにより行なわれている。かくして、金属製融解槽および攪拌子は、混合が行なわれるときに加熱のための電流が流れる電極として機能する。この加熱形式は、攪拌子と融解槽との間の溶融体を通って均一に流れる電流により融解物質内に熱を直接発生させるため、優れた結果が得られると考えられている。
発明の開示
本発明の目的は、有害廃棄物を加熱してガラス化する融解槽が破損した場合に、廃棄物の閉込めを行なう態様で有害廃棄物をガラス化する改良された装置および方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に従って有害廃棄物をガラス化する装置は、有害廃棄物および加熱時にガラス質物質を形成するのに必要な他のあらゆる成分を受け入れるための金属製融解槽を有している。装置のヒータは、金属製融解槽内の物質を加熱する。また、装置は金属製閉込め槽を有し、該金属製閉込め槽内には融解槽が配置され、閉込め槽は、融解槽の破損時に、破損した融解槽から出るあらゆる物質を受け入れ且つ収容する。融解槽の破損を検出するためのセンサも設けられている。
本願では、ヒータの種々の実施例を開示する。開示する一形式のヒータは、融解槽内の溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱する。このようなヒータの一実施例は、融解槽と該融解槽内の溶融物質内の電極との間に電圧を印加して溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱し、他の実施例は、融解槽内の溶融物質内の１対の電極の間に電圧を印加して溶融物質に電流を通して溶融物質を加熱し、更に別の実施例は、融解槽の誘導加熱により融解槽内の物質を加熱する誘導コイルを備え、更に別の実施例は、融解槽の電気抵抗加熱により融解槽内の物質を加熱する電気抵抗要素を備えている。
また、加熱すべき物質を混合するための攪拌子を備えた、有害廃棄物をガラス化する装置をも開示する。
装置の好ましい構造では、閉込め槽は融解槽の回りで密閉シールされて、破損した融解槽から出るガスおよび他のあらゆる物質を収容する密閉チャンバを形成する。
本願では、センサの種々の実施例を開示する。一実施例では、センサは融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバに連通しており、融解槽が破損したときの密閉シールチャンバ内の圧力変化を検出して、このような破損を検出する。他の実施例では、融解槽の破損を検出するセンサは、破損した融解槽から出て閉込め槽により受け入れられた物質の存在を検出し、好ましくは、破損した融解槽から出て閉込め槽に受け入れられた物質の存在を検出する電気回路を有している。一実施例では、センサの電気回路は融解槽と閉込め槽との間に配置された１対の電気プローブを有し、該電気プローブは、破損した融解槽から出て閉込め槽に受け入れられた物質が両プローブに電気的に相互接続するまで、常時、電気的に互いに遮断されている。他の実施例では、センサの電気回路は融解槽と閉込め槽との間に位置する電流路を有し、該電流路は、常時閉じられているけれども、破損した融解槽から出て閉込め槽に受け入れられた物質の存在により開かれる。
好ましい構造では、装置は、融解槽の破損を検出する別のセンサを更に備え、融解槽の破損のフェール・セーフ検出を行なうことができる。従って、融解槽の破損を検出するための１対のセンサを有し、各センサは、融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバに連通していて、融解槽が破損したときに圧力変化を検出するセンサ、または、破損した融解槽から出て閉込め槽内に受け入れられた物質の存在を検出する電気回路を備えたセンサで構成するのが好ましい。
本発明の目的を達成するための有害廃棄物をガラス化する方法は、有害廃棄物および加熱時にガラス質物質を形成するのに必要な他のあらゆる成分を、金属製融解槽内に導入することにより遂行される。任意の適当な方法で、融解槽内の物質の加熱が行なわれる。また、融解槽の破損時に該融解槽から出るあらゆる溶融物質を収容すべく、金属製閉込め槽内には融解槽が配置される。融解槽の破損の検出も行なわれ、有害廃棄物が処理を行なう設備を汚染することがないように、処理を停止すべき旨の表示を与える。
本発明による有害廃棄物のガラス化方法は、（ａ）融解槽内の溶融物質に電流を通し、（ｂ）誘導加熱を用い、および（ｃ）電気抵抗加熱を用いることからなる種々の態様で行なうことができる。
有害廃棄物のガラス化方法を実施するに際し、加熱中に物質を攪拌することができる。
本発明の方法の１つの好ましい実施態様では、融解槽の破損の検出が、融解槽と閉込め槽との間の密閉シールチャンバの圧力変化を検出することにより行なわれる。
本発明の方法の他の好ましい実施態様では、融解槽の破損の検出が、融解槽から出て閉込め槽内に受け入れられる物質の存在を検出することにより行なわれる。また、融解槽から出て閉込め槽内に受け入れられる物質の存在は、電気回路により検出される。
本発明の最も好ましい態様は、融解槽の破損を検出するのに１対のセンサを使用し、この検出をフェール・セーフ態様で行なうことである。
本発明の目的、特徴および長所は、発明を実施するための最良の形態について添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、有害廃棄物をガラス化する本発明の方法を実施すべく、本発明に従って構成された装置を示す側断面図である。
第２図は、第１図の実施例と同様に融解槽内の溶融物質に電流を通して加熱する別の形式のヒータを備えた装置を示す第１図と同様な部分側断面図である。
第３図は、誘導ヒータを備えた他の実施例を示す第２図と同様な部分側断面図である。
第４図は、電気抵抗ヒータを備えた更に別の実施例を示す第２図と同様な部分側断面図である。
第５図は、使用されるヒータ形式とは無関係に、加熱すべき物質を混合するのに使用できる攪拌子を示す第１図〜第４図の各々と同様な側断面図である。
第６図は、装置の融解槽の破損を検出する圧力センサを示す図面である。
第７図は、装置の融解槽の破損を検出する常開電気回路センサを示す図面である。
第８図は、装置の融解槽の破損を検出する常閉電気回路センサを示す図面である。
発明を実施するための最良の形態
第１図には、核廃棄物、重金属等の有害廃棄物をガラス化する本発明の方法を実施するための本発明に従って構成された装置10が示されている。この装置は入口14を備えた金属製融解槽12を有し、入口14は、後でより完全に説明するように、有害廃棄物および加熱時にガラス質物質を形成するために必要な他の任意の成分を受け入れる。また、融解槽12はガス出口16を有し、処理により発生したガスは、大気中に放出される前に任意の必要な処理を受けるため、前記ガス出口16を通って外部に流出できる。槽12内の溶融物質18は出口20を通って配給され、出口20は、ティーポットの注ぎ口に似た機能を発揮する構造をもつ下方の入口端22および上方の外部出口端24を備えている。融解槽12の外部で管状構造をもつ出口20は、外側シェル28に固定された適当な断熱材26を通って延びている。また、出口20はヒータ30により包囲されており、物質が冷却およびその後の凝固を行なうための適当な容器に配給されるまで、物質を溶融状態に維持する。同様に、金属管状構造からなる下方のドレン32が断熱材26を通って延び且つ関連ヒータ34により包囲されている。ドレン32の外端部は水冷形プラグ36により閉鎖され、該プラグ36は、必要に応じて取り外し、融解槽12の排液を行うことができる。
装置10の融解槽12内の物質の加熱は、融解槽内に収容された溶融状態の物質に電流を通すヒータ38aにより行なわれる。開示する実施例では、溶融物質18を通る電流は、電位42、44の印加により電極40と槽12との間に確立される。電流を流すには、供給ポート14から所定量の固体物質を導入して電極40と接触させる必要がある。断熱材26内に配置された補助電気抵抗ヒータ45は、固体物質に充分な熱を供給して固体物質を溶融状態にし、電極と融解槽との間に電流が流れることができるようにする。電極と融解槽との間に電流を流すことにより電気融解が開始されたならば、融解槽に付加固体物質を供給して連続処理を行なう。また、交流は、電極40または融解槽12上の成分の析出を防止する点で最も良く機能する。
第１図に示す装置10の金属製閉込め槽46は融解槽12の周囲に配置され、該融解槽が破損したときに、これから出るあらゆる物質を閉込め槽46が受け入れ且つ収容する。従って、破損した融解槽12から出る物質のいかなる有害廃棄物成分も、装置10が配置される設備を汚染することはない。それどころか、有害廃棄物成分は閉込め槽46内に収容され、次に、浄化作業時に適正に処理される。また、装置10は、以下により完全に説明するようにして融解槽12の破損を検出する少なくとも１つのセンサ48を有している。
引き続き第１図を参照すると、金属製融解槽12および金属製閉込め槽46の両者は、それぞれ金属板50、51で作られており、これらの金属板は、組立て完了後に溶接部52により固定され、両槽12、46を本質的に一体化する。下方支持体54は、床板50、51間の必要な支持を行なう。一方、支持ロッド55が、閉込め槽の床板51から断熱材26を通って下方に延びており、一体化された融解槽12および閉込め槽46の支持を行なう。融解槽12および閉込め槽46の側壁50、51間にも適当な支持体（図示せず）が設けられており、全ての板および支持体が関連する溶接部により固定されている。
金属板50、51は、例えばニッケルとクロムとの合金のような耐高温金属合金で作られる。使用可能な特殊合金は、米国ウェストバージニア州ハンチントン（Huntington）所在のインコ・アロイ・インターナショナル・インク（Inco Alloys International,Inc.）からINCONELの商標で市販されている。このような１つの合金としてINCONEL 601があり、該合金の組成は、アルミニウム−１重量部、クロム−23重量部、鉄−14重量部およびニッケル−61重量部からなる。他のこのような合金としてINCONEL 690があり、該合金の組成は、クロム−29重量部、鉄−９重量部およびニッケル−62重量部からなる。
第２図を参照すると、前述の実施例と同様な構造の装置の他の実施例が示されており、前述の実施例と同様なヒータ38bが、融解槽12内の溶融物質18に電流を流す。しかしながら、ヒータ38bのこの実施例は、溶融物質18内に配置される１対の電極40、41を有し、該電極40、41に電位42、44の電圧を印加して、電流を流すことができる。この点以外は、第２図の実施例は第１図の実施例と同様に機能する。
第３図には、前述の実施例と同様な構造であるが、ヒータ38cが誘導加熱形式からなり、融解槽12および該槽12内の物質18を誘導加熱する誘導コイル56を備えている点で異なっている装置10の他の実施例が示されている。
第４図には、前述の実施例と同様な構造であるが、ヒータ38dが電気抵抗加熱形式からなり、融解槽12および該槽12内の物質18を加熱する電気抵抗ヒータ57を備えている点で異なっている装置10の更に別の実施例が示されている。
第５図に示すように、装置10（該装置は、前述の任意の形式のものである）には、加熱すべき物質18を、矢印39′で示すように回転させることにより混合する攪拌子39を設けることができる。また、攪拌子39を一方の電極とし且つ金属製融解槽12を他方の電極として、これらの両電極に電位を印加することにより、混合が行なわれるときに溶融物質18を通る電流によって加熱が行なわれるように構成することもできる。
第１図に示すように、閉込め槽46は融解槽12の回りで密閉シールされ、密閉チャンバ58を形成するのが好ましい。このような密閉チャンバ58には両槽間の空間を設けるのが好ましい。なぜならば、このように構成するならば、破損した融解槽12から出るあらゆるガスが閉込め槽46内に収容されるからである（両槽が密閉シールされない場合には、これは不可能である）。
更に第６図を参照すると、融解槽12と閉込め槽46との間の密閉シールチャンバ58に連通しており且つ融解槽12が破損した場合に密閉シールチャンバ58内の圧力変化を検出して融解槽の破損を検出する導管60として構成されたセンサ48aの一実施例が示されている。より詳しくは、センサ48aは、融解槽12の床板50と側壁板50との間に参照番号64で示すような破損が生じた場合に、圧力変化を検出できる圧力ゲージ62を有する。このような圧力変化は、チャンバ58内を最初に真空引きしておく場合には圧力増大であり、チャンバ58を最初に加圧しておく場合には圧力低下である。
第７図および第８図には他の２つのセンサの実施例48b、48cが示されており、これらのセンサ48b、48cは、破損した融解槽12から閉込め槽46内に受け入れられた物質18の存在を検出することにより、融解槽12の破損を検出するように構成されている。各センサ48b、48cは、破損した融解槽12から閉込め槽46内に受け入れられた物質の存在を検出する電気回路66を有している。
第７図に示すセンサ48bの実施例では、電気回路66は１対の電気プローブ68を有する。プローブ68は融解槽12と閉込め槽46との間に配置され、プローブの下端部は、互いに対しおよび閉込め槽46の床板51に対して間隔を隔てた関係をなして床板51の直ぐ上に懸架されており、常時、電気的に遮断されている。図示の破損箇所64を通って、融解槽12の破損時に融解槽12から受け入れられる物質18は、プローブ68の下端部を電気的に接続し、これにより破損の表示を行なう。
第８図に示すセンサ48cの実施例は、融解槽12と閉込め槽46との間に配置される電気回路66を有し、該電気回路66はプローブ68の下端部の間に延びる溶融フューズ70を有している。図示の破損箇所64を通って、破損した融解槽12から物質18が受け入れられると、フューズ70が溶融して回路66を遮断する。これにより、プローブ68は、フューズ70が所定位置に電気的に接続されていて、電気プローブ間に相応レベルの電位が印加されている場合に比べ、互いに電気的に遮断される。
第１図に示す装置10の好ましい構造では、融解槽12の破損を検出する少なくとも２つのセンサが設けられている。これらのセンサは、第６図、第７図および第８図に示す形式のものが最も好ましい。より詳しくは、図示のように、電気回路66を備えた２つのセンサ48が設けられ、これらのセンサ48は、一体化された融解槽12および閉込め槽46の両側に配置されている。床支持体54には適当な開口を設け、受け入れられた物質が該支持体54の前後に流れることができるようにして、融解槽12のあらゆる部分に生じた破損によってもこれらの物質存在検出形センサが付勢されるように構成できる。また、装置10は、その左上方部の圧力センサ48と、他の２つのセンサとを備えたものが示されている。また、側壁板50と側壁板51との間の支持体（図示せず）および床支持体54にも適当な開口を設け、これにより、圧力センサ48aを使用する場合に、密閉シールチャンバ58の全体が圧力センサ48aと連通するように構成できる。
本発明の有害廃棄物ガラス化方法は、有害廃棄物と、加熱時にガラス質物質を形成するのに必要な他の成分とを、入口14から金属製融解槽12内に導入することにより行なわれる。融解槽12内の物質18の加熱は、融解槽の破損時に融解槽から出るあらゆる物質を収容する金属製閉込め槽46内に融解槽12が配置されている状態で行なわれる。少なくとも１つのセンサ48によりこの破損が検出されたならば、これは、この処理を停止しなければならないことを表示するものである。
ガラス化中に行なわれる加熱は、前述の任意の形式のヒータにより、任意の適当な方法で行なうことができる。より詳しくは、加熱は、誘導加熱または電気抵抗加熱等を用いて、融解槽12内の溶融物質18に電流を通すことにより行なうことができる。
有害廃棄物のガラス化方法を遂行するとき、物質18は、加熱中に、第５図に関連して前述したようにして攪拌することができる。泡立てのような、他の慣用混合方法を用いることもできる。
前述のように、融解槽12の破損の検出は、融解槽12と閉込め槽46との間の密閉シールチャンバ58の圧力変化を検出することにより行なうことができ、また、破損した融解槽から出て閉込め槽内に受け入れられた物質の存在を検出することによっても行なうことができる。後者の検出形式は、電気回路により行なうのが好ましい。また、前述のように、本発明の方法は、１対のセンサを用いて、フェール・セーフ態様で融解槽12の破損の検出を行なうのが最も好ましい。
以上、発明を実施するための最良の形態について詳細に説明したけれども、当業者には、請求の範囲に記載の本発明の実施に際し、種々の変更設計および変更実施例が考えられるであろう。
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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