(57)【要約】【課題】溶融槽内の溶融ガラスに混入している白金族元素の沈降により壁近傍部分の白金族元素濃度が高くなっても該溶融ガラス中の白金族元素の排出効率が低下しないようにする。【解決手段】溶融槽１内の溶融ガラスを排出するときの排出対象部分における該溶融ガラスの温度を中央部分よりも壁近傍部分が高くなるよう制御することにより該溶融槽内の溶融ガラスの粘度を中央部分よりも壁近傍部分を低くして該壁近傍部分の白金族元素濃度が高い溶融ガラスを流下し易くする。【選択図】図１
2008174396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融して該溶融槽の底部に設けた排出口から流下させて排出するガラス溶融炉からの溶融ガラス排出方法において、
溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、溶融槽内各部の溶融ガラスの粘度を調整できるように該溶融槽内の溶融ガラスの温度分布を制御することを特徴とするガラス溶融炉からの溶融ガラス排出方法。
【請求項２】
溶融槽に設けた一対または複数対の電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉装置において、
前記溶融槽下部の勾配壁に配した加熱装置を設け、溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、前記溶融槽下部の勾配壁に設けた加熱装置による加熱によって前記溶融槽内の勾配壁近傍の溶融ガラスの温度を上昇させる手段を設けたことを特徴とするガラス溶融炉装置。
【請求項３】
溶融槽に設けた一対または複数対の電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉装置において、
前記溶融槽下部の勾配壁に配した加熱装置と、前記溶融槽の中央部に配した冷却部材を設け、溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、前記溶融槽下部の勾配壁に設けた加熱装置による加熱によって前記溶融槽内の勾配壁近傍の溶融ガラスの温度を上昇させる手段と、前記冷却部材による冷却によって該冷却部材近傍の溶融ガラスの温度を低下させる手段を設けたことを特徴とするガラス溶融炉装置。
【請求項４】
溶融槽の壁に設けた加熱装置による加熱と、前記溶融槽の壁に設けた電極と中央部に設けた電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉装置において、
溶融槽内の溶融ガラスを排出するときに、前記溶融槽の中央部に設けた電極の温度を下げて該電極の近傍の溶融ガラスの温度を低下させる冷却手段を設けたことを特徴とするガラス溶融炉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融炉内で溶融した溶融ガラスを排出する排出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の産業廃棄物処理において、廃棄物とガラスを溶融炉内で溶融した後に廃棄物を含んだ溶融ガラスを溶融炉から排出して固化する手法が提案されている。
【０００３】
このような産業物廃棄処理手法は、高放射性液体廃棄物をガラス固化して処理する手段として好都合である。
【０００４】
このような産業廃棄物処理に使用される廃棄物固化用電気溶融炉は、耐火物溶融炉では、耐火れんがにより炉体及び溶融槽を形成し、この溶融槽の側壁に１対ないし複数対の耐熱合金製の電極を配設して溶融ガラスに通することによる発生熱で該溶融ガラスを高温に維持する構造である。
【０００５】
そして、溶融槽からの溶融ガラスの排出（抜き出し）は、炉の底部中央に位置させて設けた排出口から流下させるようにして行っており、排出効率を高めるために、溶融槽の底部の壁面は排出口に向かって傾斜するような勾配をもった濾斗状に形成している。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５５７２８号公報
【非特許文献１】Proceedings of the International Topical Meeting on Nuclear and Hazardous Waste Management SPECTRUM'88  American Nuclear Society,Inc.出版
【非特許文献２】円筒電極直接通電型溶融炉工学試験装置第９回試験（JCEM-E9試験）−高放射性廃液固化研究報告−  １９９８年２月  動力炉・核燃料事業団  東海事業所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の廃棄物固化用電気溶融炉による高放射性液体廃棄物をガラス固化する処理においては、図２に示すように、廃棄物中に含まれるＲｕ（ルテニウム），Ｐｄ（パラジウム），Ｒｈ（ロジウム）等の白金族元素またはその酸化物（以下、これらを白金族元素という）が溶融ガラス中に粒子となって存在して溶融槽の底部に向かって沈降し、底に近い部分の白金族元素の濃度が高くなって溶融ガラスの粘度が上昇して該部の溶融ガラスが排出されにくくなる現象がみられる。例えば、密度２．５ｇ／ｃｍ３の溶融ガラス中において、ガラスに難溶性の白金族元素、例えば密度７．０５ｇ／ｃｍ３のＲｕＯ２は、凝集沈降、流動などにより溶融槽の底部に蓄積、堆積する傾向がある。
【０００８】
このような従来の廃棄物固化用電気溶融炉において、通電加熱型溶融炉では、溶融槽内のガラスを溶融する通電加熱運転時には、溶融槽の上部領域では溶融ガラスの最高温度が１２００℃となるように任意の前記電極間に電圧を印加して通電加熱する制御を行う。そして、図３に示すように、溶融ガラス排出時には、排出開始の所定時間前に、主電極と底部電極間等に電圧を印加して通電加熱を行うことにより、排出の対象となる溶融槽内下部の溶融ガラスの温度は、中央部分で約１０００℃、壁近傍部分で約８５０℃となる。
【０００９】
溶融ガラス排出時には、既に、排出対象部分の溶融ガラス中の白金族元素の濃度は該白金族元素の沈降により中央部分よりも壁近傍部分が高くなっている。因に、中央部分における溶融ガラス中の白金族元素の濃度は、例えばＲｕＯ２で約０．７ｗｔ％、壁近傍部分における溶融ガラス中の白金族元素の濃度は約５ｗｔ％である。
【００１０】
溶融ガラスは、白金族元素の濃度が高くなると同一温度においても粘度が上昇して流れにくくなる性質があり、前述した温度差及び白金族元素濃度差により生じる中央部分の溶融ガラスと壁近傍部分の溶融ガラスの粘度の差は、図４に示すように、中央部分（１）の溶融ガラスが約８０Ｐａ・ｓに対して、壁近傍部分（２）の溶融ガラスは約８００Ｐａ・ｓとなり、粘度差は、約１０倍となる。したがって、このような粘度差がある状態で溶融槽内の溶融ガラスを自然に流下させて排出口から排出させると、中央部分（１）の粘度の低い溶融ガラスのみが排出口から流出し、壁近傍部分（２）の粘度の高い溶融ガラスが流出せずに溶融槽内の底部傾斜壁面に沿って残留してしまう現象が発生する。
【００１１】
このような現象が繰り返されると、この現象が増長して溶融槽内の底壁部分には白金族元素の堆積が発生及び進行して溶融ガラス中の白金族元素の排出効率が低下してしまう。
【００１２】
また、白金族元素は、導電性物質であることから、溶融槽の壁部分に堆積すると、電極による通電流路が変化して所望の通電加熱が阻害される。
【００１３】
本発明の１つの目的は、ガラス固化すべき廃棄物に白金族元素が含まれていても溶融槽内からの溶融ガラスの排出効率の低下を防止または軽減することができる溶融ガラス排出方法及び装置を提案することにある。
【００１４】
具体的には、ガラス固化する廃棄物に含まれている白金族元素が溶融槽内の底部や側壁部分に蓄積して該部分の溶融ガラスの粘度を高めて溶融ガラス中の白金族元素の排出を阻害するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、溶融槽内各部の溶融ガラスの粘度を調整できるように該溶融槽内の溶融ガラスの温度分布を制御して溶融ガラスが流下し易くすることにより、溶融槽内の溶融ガラス内に白金族元素が混入していても該溶融ガラスの排出効率が低下するのを軽減または防止するものである。
【００１６】
具体的には、例えば、前記溶融槽の壁に設けた電極と該溶融槽の中央部に設けた電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉からの溶融ガラス排出方法および装置において、
溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、前記溶融槽の中央部に設けた電極を冷却することなどにより、前記溶融槽内の溶融ガラスの温度分布を制御して該溶融槽内の溶融ガラスの粘度を調整できるようにすることを特徴とする。
【００１７】
更には、前記溶融槽内の溶融ガラスの粘度を調整するために前記溶融槽内の溶融ガラスの温度分布を制御するために、前記溶融槽の壁に加熱装置を設け、この加熱装置による加熱制御を加えて行うように構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、溶融槽内の溶融ガラスの粘度を調整できるようにすることにより、ガラス固化すべき廃棄物に白金族元素が含まれていても溶融槽内からの溶融ガラス中の白金族元素の排出効率の低下を防止または軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の実施形態は、溶融ガラス排出方法は、溶融槽に設けた一対または複数対の電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉からの溶融ガラス排出方法において、
溶融槽内の溶融ガラスを排出するときには、前記溶融槽の壁に設けた加熱装置による加熱を強めると共に前記溶融槽の中央部に設けた電極を冷却することにより、前記溶融槽内の溶融ガラスの温度分布を制御して該溶融槽内の溶融ガラスの粘度を中央部分よりも壁近傍部分が低くなるようにする。
【００２０】
また、ガラス溶融炉装置は、溶融槽の壁に設けた加熱装置による加熱と、前記溶融槽の壁に設けた電極と中央部に設けた電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出口から溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉装置において、
溶融槽内の溶融ガラスを排出するときに、前記溶融槽の中央部に設けた電極の温度を下げて該電極の近傍の溶融ガラスの温度を低下させる手段と、溶融槽の側壁に設けた加熱装置による前記溶融槽の壁近傍部分の溶融ガラスの温度を上昇させる手段を設けた構成とする。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１は、溶融槽内の溶融ガラスを排出するときの排出対象部分における該溶融ガラスの温度を中央部分よりも壁近傍部分が高くなるよう制御することにより該溶融槽内の溶融ガラスの粘度を中央部分よりも壁近傍部分を低くして該壁近傍部分の溶融ガラスを流下し易くすることによって溶融槽内の溶融ガラス内に混入している白金族元素の沈降により壁近傍部分の白金族元素の濃度が高くなっていても該溶融ガラスの排出効率が低下しないようにするものである。
【００２２】
図１は、実施例１における溶融炉の縦断側面を示す模式図である。
【００２３】
図１において、溶融槽１は、上部領域が円筒形状部１ａ、下部領域が円錐形状部１ｂであり、円錐形状部１の下端が排出ノズル２を介して外部に開口する形態である。前記溶融槽１の前記円筒形状部１ａには、槽内に露出するように円筒電極３が設けられ、前記円錐形状部１ｂの壁内または背面には補助加熱手段を構成する誘導加熱コイル、複数対の直接通電電極または抵抗発熱体４が設けられ、前記円筒形状部１ａの中心部には前記円筒電極３と対をなす円柱電極５が垂下するように設けられ、前記円錐形状部１ｂの下端部には溶融ガラスの流通を許容する環状の底部電極６が設けられる。
【００２４】
前記円柱電極５は、下端部を閉塞した中空体であり、その中心に冷媒供給筒５ａを設置することにより該円柱電極１内に冷媒を流通させて該円柱電極１を冷却することができるように構成する。
【００２５】
また、排出ノズル２の外周には、排出ノズル２内の溶融ガラスの温度を制御して粘度を調整することにより該排出ノズル２内の流通を断続制御する排出制御加熱コイル７を設置する。この排出制御加熱コイル７は、誘導加熱コイルまたは抵抗発熱体によって構成する。
【００２６】
前記円筒電極３と円柱電極５および底部電極６の間に任意に電圧を印加し、あるいは誘導加熱コイル等の加熱装置４に通電する電圧を発生する制御装置は、電圧発生装置をマイクロコンピュータ等によって制御するように構成して実現するが、図示説明は省略する。
【００２７】
このような溶融炉において、溶融槽１内に投入された原料ガラスの溶融は、円筒電極３と円柱電極５および底部電極６の間に任意に電圧を印加して溶融ガラスを通電加熱する。このような加熱では、溶融ガラスの最高温度が約１２００℃となるように通電制御を行う。因みに、このときの溶融槽１の下部領域の溶融ガラスの温度は約７００〜９００℃である。
【００２８】
このガラス溶融時においては、円筒電極３と円柱電極５に対する冷媒の供給は必要に応じて行い、該円筒電極３と円柱電極５が過熱状態にならないようにする。
【００２９】
次に、溶融槽１内の溶融ガラスを排出するときには、排出開始の所定時間前に、円筒電極３と円柱電極５の間への電圧印加の制御による通電加熱と、誘導過熱コイル等の加熱装置４に通電して溶融槽１の円錐形状部１ｂを加熱を制御することにより該円錐形状部１ｂの壁面近傍部分（４）の溶融ガラスの温度を約１０００℃にまで選択的に高め、溶融槽１の中央部分（３）に位置する溶融ガラスの温度を約８５０℃に維持する。更に、円柱電極５の冷媒供給筒５ａへの冷媒の供給量増強によって該円柱電極５を冷却することにより該円柱電極５の近傍に位置する溶融ガラスの温度を低下させて該円柱電極５の下方に向けた低温の溶融ガラスの下降流を発生させ、溶融槽１の中央部分（３）に位置する溶融ガラスの温度を約８５０℃の低温状態に制御することが可能である。
【００３０】
溶融槽１内の溶融ガラスの温度分布をこのような状態にすると、例えば、溶融槽１の円錐形状部１ｂの底部における中央部分（３）の溶融ガラスの白金族元素濃度が約０．７ｗｔ％、壁面近傍部分（４）の溶融ガラスの白金族元素濃度が約５ｗｔ％とすると、白金族元素濃度が約０．７ｗｔ％の中央部分の溶融ガラスは、約８５０℃で粘性が約３００Ｐａ・ｓとなり、白金族元素濃度が約５ｗｔ％の壁面近傍部分の溶融ガラスは、約１０００℃で粘性が約１００Ｐａ・ｓとなり、溶融槽１内の溶融ガラスの粘度は、壁近傍部分が中央部分に対して約１／３に低下して流下し易くなる。
【００３１】
このような状態で排出制御加熱コイル７による加熱よって排出ノズル２内の溶融ガラスを流出可能な状態に加熱すると溶融槽１内の溶融ガラスは自重による自然流下によって前記排出ノズル２から槽外に流出するが、溶融槽１の円錐形状部１ｂ内の溶融ガラスの粘度は、壁近傍部分（４）が中央部分（３）に対して約１／３に低下して流下し易い状態にあることから壁近傍部分の白金族元素濃度が高い溶融ガラスが優先的に流下して排出されることになる。
【００３２】
このように溶融槽１内の溶融ガラスを排出するときには、円錐形状部１ｂ内における溶融ガラスの粘度を中央部分に対して壁近傍部分を低くして流下し易くすることにより、白金族元素濃度が高い壁近傍部分の溶融ガラスが優先的に流下・排出されることになり、従って、溶融槽１内の溶融ガラス中の白金族元素の排出効率の低下を防止または軽減することができる。
【実施例２】
【００３３】
この実施例２は、溶融槽の壁に設けた加熱装置による加熱と、前記溶融槽の壁に設けた電極と中央部に設けた電極に給電することにより溶融ガラスに流れる電流によるジュール熱によって溶融槽内に投入されたガラス原料と廃棄物を加熱溶融し、前記溶融槽の底部に設けた排出ノズルから溶融ガラスを流下させて排出するガラス溶融炉装置において、溶融槽内の溶融ガラスを排出するときに、前記溶融槽の中央部に設けた電極の温度を下げて該電極の近傍の溶融ガラスの温度を低下させる冷却手段を設けた構成である。
【００３４】
図５は、この実施例２におけるガラス溶融炉の溶融槽部分の縦断正面図であり、（ａ）はガラス溶融時、（ｂ）は溶融ガラスの排出時の温度分布の一例を示している。
【００３５】
図５において，溶融槽１は、円錐状耐熱炉底部壁１ｃと円環状耐火煉瓦製垂直部壁１ｄおよび円筒状耐熱合金製垂直部壁１ｅによって包囲して溶融空間を形成するように構成する。前記円錐状耐熱炉底部壁１ｃは、その中心部の下方に位置する溶融ガラス排出ノズル２に向かって６０°の勾配で絞り込む傾斜壁面を形成する。そして、これらの前記各部壁１ｃ，１ｄ，１ｅの外側には断熱性を持った各種の耐火煉瓦を配置し、更にその外周を金属ケーシングで覆って炉全体を構成する。
【００３６】
前記円錐状耐熱炉底部壁１ｃにおける傾斜壁面は、廃棄物に含まれる白金族元素が溶融ガラスに難溶性の導電性物質を形成して前記円錐状耐熱炉底部壁１ｃの壁面に堆積することにより電気的な弊害を招来する導電性堆積物を溶融ガラス排出ノズル２から溶融ガラスと共に容易に排出できるようにするためのものである。
【００３７】
溶融ガラス排出ノズル２の下方には、ガラス固化体容器（図示省略）を出し入れ可能に設置する。
【００３８】
そして、前記溶融ガラス排出ノズル２を前記円錐状耐熱炉底部壁１ｃから炉外に導出させると共に該溶融ガラス排出ノズル２を加熱制御することにより溶融ガラスの流出を制御（流出／遮断）する誘導加熱用コイル（図示省略）を配置して該溶融ガラス排出ノズル２からの溶融ガラスの流出可否を制御する。
【００３９】
炉体の天井部に位置する円盤状の耐火煉瓦（図示省略）の中央部から耐熱合金製円柱電極５を垂下させて設置する。この耐熱合金製円柱電極５は、耐熱合金製垂直部壁１ｅを対極として位置するように溶融槽１の中心部に垂下する。この耐熱合金製円柱電極５は、空芯構造であって、内部に冷却通路を形成する。この冷却通路は、先端を開口させた冷却空気供給筒５ａを耐熱合金製円柱電極５の空芯部分に同心状態に挿入することにより該冷却空気供給筒５ａの周囲に形成し、該冷却空気供給筒５ａの上端部分に設けた冷却空気入口から供給した冷却空気を先端開口から空芯部分に噴出させて流通させて耐熱合金製円柱電極５の上端部分に設けた冷却空気出口から排出するように構成する。また、耐熱合金製垂直部壁１ｅにおいても冷却空気ジャケット（図示省略）を配して冷却通路を形成する。その他、必要に応じて実施例１の手段を組み合わせて実施することができる。
【００４０】
このように構成した電気溶融炉において、溶融槽１内に投入されたガラスの溶融加熱は，図５（ａ）に示すように、耐熱合金製垂直部壁１ｅと耐熱合金製円柱５間に交流電圧を印加して溶融ガラスに通電することにより発生するジュール熱によって行う。このとき、耐熱合金製円柱電極５への冷却空気の供給による該耐熱合金製円柱電極５の冷却は、必要に応じて、耐熱合金製円柱電極５が過熱しない程度に行う。
【００４１】
このときの溶融槽１内の溶融ガラスの最高温度が約１１５０℃となるように通電加熱を制御すると、内部の溶融ガラスの温度分布は、図５（ａ）に示すように、溶融槽１内の溶融ガラスの上層部分から底部にかけて略水平状態で低下しており、底部の温度は約９５０℃である。
【００４２】
そして、溶融ガラスを排出しようとするときには、図５（ｂ）に示すように、排出開始前の所定時間に耐熱合金製円柱電極５内の冷却空気供給筒５ａへの冷却空気の供給を増加させて該耐熱合金製円柱電極５の冷却を増強しながら耐熱合金製垂直部壁１ｅと耐熱合金製円柱電極５間に交流電圧を印加して溶融ガラスに通電することにより発生するジュール熱によって該溶融ガラスを最高温度が約１１５０℃となるように加熱するように制御を切り替える。
【００４３】
このように耐熱合金製円柱電極５を冷却しながらの通電加熱に切り替えると、耐熱合金製円柱電極５の温度が低下することから該耐熱合金製円円柱電極５の近傍に位置する溶融ガラスの温度も低下し、溶融槽１内の溶融ガラスの温度分布は、図５（ｂ）に示すように、特に、耐熱合金製円柱電極５の直下に位置する底部の溶融ガラスの温度が約９００℃にまで低下する。しかしながら、耐熱合金製円柱電極５から遠く離れて溶融槽１の壁面近傍に位置する溶融ガラスは、溶融槽１の底部においても約９５０℃の高い温度となっている。
【００４４】
このような状態において、溶融ガラス排出ノズル２を加熱して溶融ガラスを流出可能状態にすると、溶融槽１内の溶融ガラスは自重によって溶融ガラス排出ノズル２から流下する。このとき、溶融槽１内の溶融ガラスは、前記円錐状耐熱炉底部壁１ｃの近傍に位置する部分の温度が比較的に高くて中央部分よりも粘度が低いことから、白金族元素の濃度が高い壁近傍部分の溶融ガラスが優先的に流下して排出することになり、白金族元素の濃度が高い部分の溶融ガラスが溶融槽１内に残留することがなくなる。
【００４５】
このようにガラスのガラス溶融時と溶融ガラス排出時とで耐熱合金製加熱円柱電極５の温度を切り替えることにより溶融槽１内の溶融ガラスの温度分布を制御する構成は、ガラスの溶融効率と溶融ガラス中の白金族元素の排出効率を共に向上させるために有利である。
【実施例３】
【００４６】
実施例２は、溶融槽１内の溶融ガラスを排出するときに耐熱合金製円柱電極５を冷却して溶融槽１内の溶融ガラスの温度分布を制御するように構成したが、ガラス溶融時から耐熱合金製円柱電極５内の冷却通路に冷却空気を供給して該耐熱合金製円柱電極５を冷却しながら該耐熱合金製垂直部壁１ｅと耐熱合金製円柱電極５間に交流電圧を印加して溶融ガラスに通電することにより発生するジュール熱によって該溶融ガラスを最高温度が約１１５０℃となるように加熱するように変形しても溶融ガラス中の白金族元素の排出効率の良いガラス溶融炉を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１におけるガラス溶融炉の縦断正面図である。
【図２】溶融槽内における白金族元素堆積のメカニズムを示す模式図である。
【図３】従来の溶融炉における溶融ガラス排出モードを示す模式図である。
【図４】白金族元素を含む溶融ガラスの温度と粘度の関係を示す特性図である。
【図５】実施例２におけるガラス溶融炉の溶融槽部分の縦断正面図であり、（ａ）はガラス溶融時、（ｂ）は溶融ガラスの排出時の温度分布の一例を示している。
【符号の説明】
【００４８】
１…溶融槽、１ａ…円環状耐火煉瓦製垂直部壁、１ｂ…円錐状耐熱炉底部壁、２…排出ノズル、３…円筒電極、４…円筒状耐熱合金製垂直部壁、５…円柱電極、６…底部電極。
【図１】
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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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