ガラス溶融炉及び堆積物検出方法
【課題】ガラス溶融炉内に堆積する堆積物の堆積状況を効率的に把握することが可能なガラス溶融炉の堆積物検出方法及びガラス溶融炉を提供すること。
【解決手段】耐火煉瓦により形成された溶融空間１１に溶融ガラスＧが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスＧを前記溶融空間下部の導出部１１Ａに接続された流下ノズル１９から排出するように構成されたガラス溶融炉１であって、電磁波を照射可能とされる照射部２１と、前記照射部２１が照射した電磁波を受信する受信部２３Ａ、２３Ｂと、検出部とを有し、前記照射部２１から照射した電磁波を前記受信部２３Ａ、２３Ｂで受信して前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段２０を備えることを特徴とする。
【解決手段】耐火煉瓦により形成された溶融空間１１に溶融ガラスＧが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスＧを前記溶融空間下部の導出部１１Ａに接続された流下ノズル１９から排出するように構成されたガラス溶融炉１であって、電磁波を照射可能とされる照射部２１と、前記照射部２１が照射した電磁波を受信する受信部２３Ａ、２３Ｂと、検出部とを有し、前記照射部２１から照射した電磁波を前記受信部２３Ａ、２３Ｂで受信して前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段２０を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融炉において発生する金属等の堆積物を検出する堆積物検出方法及びこの堆積物検出方法を用いたガラス溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス溶融炉の一形態として、例えば、耐火煉瓦により形成された溶融炉本体の溶融空間に溶融ガラスを生成し、その後溶融ガラスを溶融空間に露出して設けられた電極により通電してジュール熱を発生させて加熱するとともにこの溶融ガラスにガラスビーズを投入して溶融させる直接通電方式のガラス溶融炉が知られている。
【０００３】
かかるガラス溶融炉の用途の一つとして、原子力施設等において発生する放射性排液を放射性廃液保管施設に保管するためのガラス固化体の形成があり、この場合ガラスビーズとともに放射性排液をガラス溶融炉に投入して生成した溶融ガラスに放射性排液を混合し、放射性排液を含有した溶融ガラスを溶融炉本体の下方に形成された流下ノズルからキャニスターに封入してガラス固化体を形成するようになっている。
【０００４】
そのため、溶融炉本体の下部は、例えば逆ピラミッド型等に溶融空間から流下ノズル側の断面積が縮小するように形成された導出部とされ、溶融ガラスが流下ノズルにスムースに流動するようになっている。
しかしながら、例えば、放射性排液に含まれる白金族類元素(ロジウム、パラジウム、ルテニウム)は所定の条件下で析出、クラスター化して導出部を含む炉底部に堆積しやすく、また粘性が非常に高いために、白金族類元素が炉底部に堆積すると溶融ガラスは炉壁に停滞して炉壁に沿って流下ノズルに安定して流動することが困難となる。
【０００５】
また、白金族類元素を含んだ堆積物は溶融ガラスに比べて電気抵抗が小さいために、電極から供給された電流が堆積物に集中的に流れて溶融ガラスに流れる電流が小さくなるために、溶融ガラスの通電加熱が阻害されて炉底部の加熱能カが低下して廃液含有ガラスを流下ノズルからキャニスターに安定的に封入することができなくなる。
【０００６】
そのため、堆積物が堆積してガラス溶融炉の運転に影響するような場合、炉壁から堆積物を除去することが行なわれるが、一方で、ガラス溶融炉に空気吹出口を設けて溶融ガラス中に空気をバブリングすることにより金属等の堆積物が堆積するのを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
一方、電極間の電気抵抗が基準値以下に低下した場合、運転中は炉底部を確認できないため、電気抵抗低下の原因が高濃度の白金族類含有ガラスの堆積によるものか、金属等の異物の混入による通電の阻害によるものか、あるいは電源の不調によるものかを特定するのは容易ではなく、そのため、従来、電極間抵抗が基準値を下回ると電気抵抗が小さい物質が炉底部に堆積しているものと推測してガラスビーズと放射性廃液の供給を停止するとともにガラス溶融炉の運転を停止していた。
【特許文献１】特開２００２−２３６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガラス溶融炉を停止した場合、ガラス溶融炉の昇温や再運転に多くの時間やコストがかかり、原因が高濃度の白金族類含有ガラス堆積や異物の落下が原因でない場合には運転停止をすることは必要以上の多大なコストを生じさせることとなる。
【０００９】
そのため、ガラス溶融炉内において発生する高濃度の白金族類含有ガラス等の堆積物を効率的かつ確実に検出することが可能な堆積物検出方法及びガラス溶融炉に対する技術的要請が高まっている。
また、かかる技術を確立することで放射線環境において安定したガラス溶融を行なうための運転条件の確立や炉底部に白金族類含有ガラスが堆積した場合の洗浄運転等を効率的に行なうための運転条件の解析に対する期待が高まっている。
【００１０】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、ガラス溶融炉内に堆積する堆積物を効率的かつ確実に検出することが可能なガラス溶融炉の堆積物検出方法及びガラス溶融炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
請求項１に記載の発明は、耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉であって、前記溶融空間に電磁波を照射可能とされる照射部と、前記照射部が照射した電磁波を受信する受信部と、前記照射部に給電するとともに前記受信部が受信した電磁波を検出する検出部とを有し、前記照射部から照射した電磁波を前記受信部で受信し、前記検出部で前記受信した電磁波に基づいて前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉おける堆積物検出方法であって、前記溶融空間に照射部から電磁波を送信する工程と、前記照射された電磁波を受信部で受信する工程と、該受信した電磁波を検出部で信号に変換して前記堆積物を検出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るガラス溶融炉によれば、照射部が照射した電磁波を受信部で受信することにより溶融空間に堆積した堆積物を検出することが可能とされる。
この明細書において、堆積物とは、例えば、高濃度の白金族類金属その他の金属等、溶融ガラスとは物性値（例えば、導電率、誘電率、誘電損失等）が異なる物質を高濃度に含有した溶融ガラスをいう。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガラス溶融炉であって、前記照射部は、前記溶融空間の側方に配置され、前記受信部は、前記溶融空間に対して前記照射部と同じ側と反対側の少なくともいずれかの側方に配置されることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るガラス溶融炉及び堆積物検出方法によれば、照射部及び受信部が溶融空間の側方に配置されているので側面視した堆積物の状況を検出することができる。その結果、例えば、流動に有害な凸形状の堆積物を効率的かつ容易に把握することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るガラス溶融炉及び堆積物検出方法によれば、溶融空間に電磁波を照射、受信することで、ガラス溶融炉の溶融空間に堆積する堆積物を効率的かつ確実に検出することができる。
その結果、ガラス溶融炉の稼働率を向上して運転コストを削減することができる。
また、ガラス溶融炉を安定して操業するための運転条件の最適化を目的とした解析を効率的に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１から図９を参照して本発明に係るガラス溶融炉を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の一例の概略を示す図であって、符号１はガラス溶融炉を示している。
ガラス溶融炉１は、例えば、ガラスビーズを原料として溶融ガラスＧを生成し、この溶融ガラスＧに放射性廃液を混合してガラス固化体とする放射性廃液物再処理用のガラス溶解炉とされている。
【００１８】
ガラス溶融炉１は、溶融炉本体１０と、原料供給管１３と、排液供給管１４と、間接加熱ヒータ１５と、主電極１６と、補助電極１７と、底部電極１８と、流下ノズル１９と、堆積物検出装置（堆積物検出手段）２０とを備えている。また、流下ノズル１９の下方にはキャニスタ−５０が配置可能とされ、溶融炉本体１０内で溶融ガラスＧを直接通電して加熱するとともに流下ノズル１９から溶融ガラスＧを排出してキャニスタ−５０に充填するようになっている。
【００１９】
溶融炉本体１０は、耐火煉瓦により形成され内方が溶融ガラスＧを貯留するための溶融空間１１とされており、溶融空間１１は、上方が略直方体状に形成されるとともに下部が上方から下方に向かうに従って断面積が縮小するいわゆる逆ピラミッドの四角錐状空間とされていて、この四角錐状空間は、溶融ガラスＧを流下ノズル１９にスムースに流動させるための導出部１１Ａとされている。
【００２０】
溶融炉本体１０を構成する耐火煉瓦は、例えば、Ａｌ２Ｏ３＋Ｃｒ２Ｏ３により形成されており、耐火煉瓦と耐火煉瓦とはその間にホウ珪酸ガラスを充填することにより接合されており、電気的に充分な絶縁性を有するとともに電磁波が透過可能とされている。
【００２１】
原料供給管１３は、ガラス溶融炉１の上部に配置されていて、溶融空間１１に溶融ガラスＧの原料となるガラスビーズを投入するようになっている。
排液供給管１４は、ガラス溶融炉１の上部に配置されていて、例えば、核燃料製造施設において核燃料生成の際に排出される放射性廃液を溶融空間１１に投入するものであり、放射性廃液には高濃度の白金族類元素(ロジウム、パラジウム、ルテニウム)が含有されている。
【００２２】
間接加熱ヒータ１５は、溶融空間の上部に配置され、例えば、ニクロム線等の電気抵抗体により構成されており通電されることにより加熱して溶融空間１１内に充填されたガラスビーズを輻射熱で加熱、溶融するとともに溶融された溶融ガラスＧの温度を維持又は昇温するようになっている。
【００２３】
主電極１６は、例えば、耐熱性と溶融ガラスＧに対する耐腐食性を有するインコネルにより形成された一対の電極部材から構成され、例えば溶融空間中間部に対向して配置されるとともに溶融空間１１側の端部が導出部１１Ａ内に露出して形成され、溶融空間１１の溶融ガラスＧに直接通電してジュール熱を発生させ、溶融ガラスＧを昇温するとともにガラスビーズを溶融ガラスＧに溶解するようになっている。
【００２４】
補助電極１７は、例えば、主電極１６と同様にインコネルにより形成された一対の電極部材から構成され、例えば導出部１１Ａの高さ方向の中間に主電極と直交する方向に対向して配置されるとともに溶融空間１１側の端部が導出部１１Ａに露出して形成されている。かかる構成とすることにより、主電極１６で加熱が充分に行なえない導出部１１Ａ内の溶融ガラスＧを充分に加熱することができる。なお、図１においては、便宜のため主電極と同方向に図示している。
また、補助電極１７には通気路が形成されていて、矢印に沿って冷却空気を流通させることにより補助電極１７の温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００２５】
底部電極１８は、例えば、主電極１６と同様にインコネルにより形成された一つの電極部材により形成され、導出部１１Ａの中央部に形成された開口部に上方を導出部１１Ａに露出して配置されている。
また、底部電極１８は平面視して中央部に形成された流路を流下ノズル１９の流路と連通されており溶融ガラスＧを流下ノズル１９に流通させることができるようになっている。
また、底部電極１８には通気路が形成されていて、矢印に沿って冷却空気を流通させることにより底部電極１８の温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００２６】
主電極１６、補助電極１７、底部電極１８は、上方からこの順番に配置されており、それぞれの電極部材に印加する電圧の設定により、主電極１６を構成する電極部材の間、補助電極１７を構成する電極部材の間、主電極１６と補助電極１７の間、主電極１６と底部電極１８の間、補助電極１７と底部電極１８の間で溶融ガラスＧに通電してジュール熱を発生させて溶融ガラスＧを加熱するようになっている。
なお、この実施形態において、溶融ガラスＧに通電する電流は交流電流とされている。
【００２７】
流下ノズル１９は、溶融空間１１の下部に配置され、導出部１１Ａに連通して形成されるとともに溶融ガラスＧを排出してキャニスタ−５０に充填するようになっている。
なお、流下ノズル１９は、高周波誘導加熱コイルが流路を取り囲むようにして形成されており、流下ノズル壁を誘導加熱することにより流路内を通過する溶融ガラスＧの温度を調整可能とされている。
【００２８】
ガラス溶融炉１は、かかる構成により投入されたガラスビーズを初期段階は間接加熱ヒータ１５で加熱、溶融して溶融ガラスＧとし、その後、主電極１６、補助電極１７、底部電極１８のいずれかに電圧を印加して溶融ガラスＧに通電して加熱、溶融するようになっている。
【００２９】
また、溶融空間１１内の溶融ガラスＧにガラスビーズ及び放射性排液を投入して溶融するとともに溶融ガラスＧに放射性廃液を混合し、放射性排液が混合された溶融ガラスＧを流下ノズル排出してキャニスタ−５０内に充填して固化するようになっている。
【００３０】
堆積物検出装置２０は、図２に示すように照射アンテナ（照射部）２１と、受信アンテナ（受信部）２３と、温度センサ２４と、検出部２５と、信号処理部３０と、表示部４０とを備えており、照射アンテナ２１が照射した電磁波を受信アンテナ２３で受信し、電磁波が照射されてから受信されるまでの時間ΔＴ及び信号強度に基づいて溶融空間１１内の堆積物を検出し堆積物の分布をＣＲＴ（濃度分布表示手段）等の表示部４０に表示するようになっている。なお、演算部３３とデータベース３４Ａは、濃度算出手段を構成している。
【００３１】
照射アンテナ２１は、堆積物の検出に必要な分解能の約２倍以下の波長の電磁波（例えば、ミリ波又はマイクロ波）を照射するように構成されており、この実施形態における照射アンテナ２１は、図３、図４に示すように導出部１１Ａ側に向かって延在する複数のアンテナエレメント群から構成され、多点計測が可能な多点式のアンテナとされている。具体的には複数のアンテナエレメントがその延在する方向と直交する面においてマトリックス状に配置されており、このマトリックスは四角錐状の溶融空間１１の稜線をカバーするようになっている。なお、図３において斜線を付した部分は、導出部１１Ａの稜線部に堆積した堆積物を概念的に示している。
【００３２】
また、照射アンテナ２１、受信アンテナ２３は、耐火煉瓦の炉壁の外に配置されていることが望ましいが、目的物である高濃度の白金族類含有ガラス等の堆積物に信号が到達するまでの電磁波の減衰、散乱を考慮して炉壁に埋め込み堆積物に近づけてもよい。
【００３３】
また、照射アンテナ２１を構成するそれぞれのアンテナエレメントは、マトリックスの配列に従って検出部２５から順番に給電可能とされており、電磁波を順次照射するようになっている。なお、電磁波の照射順序については、受信した電磁波とマトリックス配列と対応できれば任意に設定してもよい。
【００３４】
受信アンテナ（受信部）２３は、堆積物等において反射する反射波を受信する反射波アンテナ２３Ａと、導出部１１Ａを透過した電磁波を受信する透過波アンテナ２３Ｂとを備えており、この実施形態において反射波アンテナ２３Ａは照射アンテナ２１と同じ側に配置されている。
【００３５】
温度センサ２４は、照射アンテナ２１のマトリックスに対応して複数配置されており、配置する位置は温度センサ２４で測定した溶融ガラスＧの温度と受信アンテナ２３で受信した電磁波の信号強度とともに白金族類濃度を算出した場合に、その誤差が許容範囲内になるように構成されている。
【００３６】
検出部２５は、照射回路２６、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８、温度検出回路２９を備え、照射回路２６、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８は、それぞれ照射アンテナ２１、反射波アンテナ２３Ａ、透過波アンテナ２３Ｂに接続され、温度検出回路２９は温度センサ２４に接続されている。
【００３７】
照射回路２６は、照射アンテナ２１のそれぞれのアンテナエレメントとスイッチング回路を介して接続されており、信号処理部３０の出力部３５からの出力信号によって対象となるアンテナエレメントに給電して電磁波を出力するように構成されている。
【００３８】
反射波受信回路２７は、反射波アンテナ２３Ａが受信した反射波を電圧信号に変換して反射波信号として信号処理部３０に出力するように構成されている。
また、透過波受信回路２８は、透過波アンテナ２３Ｂが受信した透過波を電圧信号に変換して透過波信号として信号処理部３０に出力するように構成されている。
また、温度検出回路２９は温度センサ２４が検出した温度測定信号を信号処理部３０に出力するようになっている。
【００３９】
信号処理部３０は、図２に示すように、入力部（入力手段）３１と、メモリ３２と、演算部３３と、ハードディスク装置３４と、出力部３５と、これら相互のデータ等を通信するための通信線３７とを備え、ハードディスク装置３４にはデータベース３４Ａが格納されている。
【００４０】
入力部３１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部３３に設定等を出力するとともに、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８、温度検出回路２９に接続され、これらが出力した反射波信号、透過波信号、及び温度測定信号を演算部３３に出力するようになっている。
【００４１】
演算部３３は、例えば、メモリ３２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、電磁波を照射する対象のアンテナエレメントに出力部３５を介して順次給電する指示を照射回路２６に出力し、入力部３１から入力された反射波信号、透過波信号、及び温度測定信号をデータベース３４Ａを参照し、マトリックスのアンテナエレメントに対応する位置の白金族類濃度ｗを算出し、算出した白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させてメモリ３２に格納するようになっている。また、メモリ３２に格納した白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させて出力部３５に出力するようになっている。
この実施形態において、算出した白金族類濃度ｗは閾値に基づいて二値化するようになっている。なお、二値化に代えて、白金族類濃度ｗを量子化して濃淡により表示してもよい。
【００４２】
データベース３４Ａは、例えば、図５に示すような白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）と受信アンテナ２３から入力される信号強度Ｓとの相関を、溶融ガラス温度Ｔ１をパラメータとして表示したグラフを数値テーブル化して構成されており、演算部３３が信号強度Ｓ及び溶融ガラスＧの温度Ｔ１を参照して白金族類濃度（ｗｔ％）を算出可能とされている。
【００４３】
また、データベース３４Ａは、図６に示すような白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）と導電率σ（１／Ωｍ）とが溶融ガラス温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）をパラメータとして一定の相関関係を有することに基づいている。
なお、図６に示すグラフに代えて、誘電率、誘電損失が溶融ガラスＧの温度によって変化することに基づき、これらと信号強度Ｓとの相関に基づいて白金族類濃度（ｗｔ％）を算出するデータベースを構成してもよい。
【００４４】
次に、図７を参照して、信号処理部３０が白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させて表示する手順について説明する。
図７は、導出部１１Ａにおける白金族類濃度をマトリックスに従ってマッピングするためのプログラムの一例を示すフロー図である。
【００４５】
１）まず、演算部３３は、照射対象のアンテナエレメントを選択する。（Ｓ１）
２）次に、演算部３３は、照射回路に電磁波を照射する指示をする。（Ｓ２）
この指示によって、照射回路２６の照射対象となるアンテナエレメントのスイッチング回路がＯＮになりアンテナエレメントから電磁波が照射される。
３）電磁波が照射されたら、反射波受信アンテナ２３Ａ及び透過波受信アンテナ２３Ｂが電磁波を受信し、受信した反射波信号及び透過波信号は、反射波受信回路２７及び透過波受信回路を介して入力部３１に入力される。
また、マトリックス上の対応する位置（領域）の温度センサ２４が検出した温度測定信号が温度検出回路２９を介して入力部３１に入力される。
図８は、照射アンテナ２１による電磁波の照射、受信アンテナ２３による電磁波の受信の一例を示す概念図であり、符号Ｍ１は照射した電磁波を、符号Ｍｒは反射した電磁波を、符号Ｍｔは透過波を示している。なお、図８において斜線を付した部分は、導出部１１Ａに堆積した堆積物を示している。
４）演算部３３は、反射波受信回路２７及び透過波受信回路を介して取得した反射波信号及び透過波信号をメモリ３２に格納された基準データと比較し、比較した結果が許容範囲内で正常時との変化（差異）がない場合にはＳ８に移行し、比較結果が許容範囲を超えていて正常時に対して変化がある場合にはＳ５に移行する。（Ｓ４）
５）Ｓ８に移行した場合には照射するアンテナエレメントを変更する。（Ｓ８）
アンテナエレメントを変更したら照射対象のアンテナエレメントを選択（Ｓ１）する。
６）Ｓ５に移行した場合には、演算部３３は入力部３１から取得した反射波信号及び透過波信号の信号強度Ｓ、温度測定信号をデータベース３４Ａを参照してマトリックスの対応する位置の白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を算出する。（Ｓ５）
なお、反射波が戻る時間Δｔに基づいて堆積物までの距離を算出して堆積物の厚さを特定してもよい。
７）演算部３３は、マトリックス上の位置と白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を対応させてメモリ３２に格納する。
８）マトリックス上のすべての位置に対する照射が終了している場合には、マッピングが完了したものと判断してプログラムを終了し、マトリックス上に電磁波を照射していない位置がある場合にはマトリックス上の残余の位置における堆積物の堆積状況を把握するために照射アンテナエレメントを変更するためにＳ８に移行する。（Ｓ７）
９）演算部３３は、マトリックス上のすべての位置に対する電磁波の照射が完了するまでプログラムを繰り返し実行する。
１０）演算部３３は、プログラムの実行を終了したら、メモリ３２のデータに基づいて出力部３５を介して表示部４０に出力して、白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）の濃度分布を２値（例えば、白黒）表示して可視化する。
【００４６】
図９は、検出した白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）をＣＲＴ等の表示部４０に表示した場合の一例を示す図であり、網かけ部分は堆積物が閾値以上であることを示している。
図９（Ａ）は、堆積物が堆積していない正常時のマトリックスを、（Ｂ）は高濃度金属粒子が蓄積する初期を、（Ｃ）は堆積物が堆積して高濃度に蓄積されていてメンテナンスが必要とされる短絡直前の状態を示している。
【００４７】
ガラス溶融炉１によれば、照射アンテナ２１が、溶融空間１１の導出部において堆積物が堆積しやすい稜線を含む領域をカバーしているので堆積物の堆積を効率的に把握することができる。
【００４８】
また、ガラス溶融炉１によれば、堆積物の濃度分布を可視化できるので、例えば、堆積物の濃度分布に偏りが生じて堆積物が部分的な凸部を有して堆積した場合でも効率的に把握することができる。また、堆積物の濃度を把握することで堆積物による影響の程度を把握することができる。
【００４９】
ガラス溶融炉１によれば、白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を効率的に算出することができる。
また、受信した電磁波の信号強度Ｓと、溶融ガラスＧの温度Ｔ１とをデータベース３４Ａに参照して算出するので白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を容易に算出することができる。
【００５０】
また、ガラス溶融炉１の運転開始時の正常な状態から炉内状況を監視して高濃度白金族類が通電電極間にまたがって堆積する状態となった場合に回復操作(堆種物除去や洗浄運転など)を効率的に行うことができる。
【００５１】
また、図９に示すように白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）の分布を表示して可視化することができるので、白金族類の堆積状況を効率的かつ的確に把握して、ガラス溶融炉１を効率的に操業して運転コスト及びメンテナンスコストを削減することができる。
また、流下ノズル１９に電磁波を照射した場合、流下する溶融ガラスＧの白金族類濃度ｗをガラス溶融炉を運転しながら効率的に把握することができる。
【００５２】
また、最適な運転条件を決めるためのモックアップ試験では、通電電流量や温度分布と白金族類堆積との相関をとることで、効率よく最適な運転条件を確立することができる。
【００５３】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、堆積物がガラス溶融炉内に堆積する白金族類を含有する溶融ガラスＧによる場合について説明したが、電磁波の反射、透過、吸収特性が異なる物質であれば、他の堆積物を対象として本発明を適用してもよい。
【００５４】
また、ガラス溶融炉１が溶融ガラスＧと白金族類を含有する放射性廃液とを混合する場合について説明したが、例えば、溶融ガラスＧと、溶融ガラスＧと混合した場合に電磁波による検出が可能な白金族類以外の物質を溶融ガラスＧと混合する場合にも適用することもできる。
【００５５】
また、上記実施の形態においては、検出した受信波を信号処理部３０で可視化する場合について説明したが、例えば、反射波の信号レベルが所定値以上であることを以って堆積物の堆積を把握するだけの構成としてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、堆積物の堆積状況をデータベース３４Ａに格納されたデータと照合して算出する場合について説明したが、予め堆積状況と反射波の相関関係から求めた回帰式等により算出する構成としてもよい。
【００５７】
また、マトリックス状に配置したアンテナエレメント群に代えて溶融空間１１に対して電磁波を走査して照射することにより白金族類濃度ｗの分布状態を表示するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態においては、受信アンテナ２３が反射波受信アンテナ２３Ａと、透過波受信アンテナ２３Ｂとを備える場合について説明したが、受信アンテナ２３を反射波アンテナ２３Ａと透過波アンテナ２３Ｂのいずれか一方により構成してもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態においては、照射アンテナ２１及び反射波アンテナ２３Ａ、透過波アンテナ２３Ｂをガラス溶融炉本体１０の側方に配置する場合について説明したが、これらの配置する位置をガラス溶融炉本体１０の上方や下方としてもよい。
また、上記実施の形態においては、溶融空間１１の下部が上方から下方に向かうに従って断面積が縮小する四角錐状空間である場合について説明したが、例えば、三角錐、五角錐等の多角錘の他、円錐に形成されていてもよい。
【００６０】
上記実施の形態においては、反射波の戻ってくる時間ΔＴ、信号強度Ｓから堆積物の位置や濃度を算出する場合について説明したが、反射波、透過波、これらを比較することにより取得可能な信号から、堆積物に関する濃度以外の物理量を取得する構成としてもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、マトリックス状に配置されたアンテナエレメント群を用いて堆積物を検出する場合について説明したが、電磁波の照射対象を、一点とするか、多点とするか、所定の面積を有する範囲とするかについては任意に設定可能である。また、走査式の単体アンテナを用いてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態においては、突出して形成された複数のアンテナエレメントがマトリックス状に配置された照射アンテナ２１を用いる場合について説明したが、例えば、ホーンアンテナ等の他の種類のアンテナを用いてもよい。
【００６３】
上記実施の形態においては、耐火煉瓦がＡｌ２Ｏ３＋Ｃｒ２Ｏ３により形成され、耐火煉瓦と耐火煉瓦との間にホウ珪酸ガラスからなる接合材が充填されている場合について説明したが、耐火煉瓦及び接合材については耐熱性、電気絶縁性を有し電磁波が通過な物質であれば上記以外の物質を用いてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、ガラス溶融炉１が、一対の主電極１６と、一対の補助電極１７と、一つの底部電極１８を備えた場合について説明したが、例えば、主電極１６のみを備えた構成、主電極１６と補助電極１７のみを備えた構成等、電極の構成については任意に設定可能である。
また、電極間に流す電流に関しては、交流電流、直流電流のいずれを流す構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の概略を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る堆積物検出装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の要部を平面視した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の要部を側面視した縦断面図である。
【図５】一実施形態に係るデータベースの概略構成を示す図である。
【図６】一実施形態に係るデータベースの原理の概略を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る堆積物検出装置の信号処理部の概略動作をフロー図である。
【図８】一実施形態に係る堆積物検出装置による電磁波の照射、受信の状況を説明する概念図である。
【図９】一実施形態に係る堆積物検出装置の表示部による表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｇ 溶融ガラスＧ
１ ガラス溶融炉
１０ 溶融炉本体
１１ 溶融空間
１１Ａ 導出部
１６ 主電極
１７ 補助電極
１８ 底部電極
２０ 堆積物検出装置
２１ 照射アンテナ（照射部）
２３ 受信アンテナ（受信部）
２３Ａ 反射波受信アンテナ（受信部）
２３Ｂ 透過波受信アンテナ（受信部）
２４ 温度センサ
２５ 検出部
３０ 信号処理部
３１ 入力部
３３ 演算部
３４Ａ データベース
３５ 出力部
４０ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス溶融炉において発生する金属等の堆積物を検出する堆積物検出方法及びこの堆積物検出方法を用いたガラス溶融炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス溶融炉の一形態として、例えば、耐火煉瓦により形成された溶融炉本体の溶融空間に溶融ガラスを生成し、その後溶融ガラスを溶融空間に露出して設けられた電極により通電してジュール熱を発生させて加熱するとともにこの溶融ガラスにガラスビーズを投入して溶融させる直接通電方式のガラス溶融炉が知られている。
【０００３】
かかるガラス溶融炉の用途の一つとして、原子力施設等において発生する放射性排液を放射性廃液保管施設に保管するためのガラス固化体の形成があり、この場合ガラスビーズとともに放射性排液をガラス溶融炉に投入して生成した溶融ガラスに放射性排液を混合し、放射性排液を含有した溶融ガラスを溶融炉本体の下方に形成された流下ノズルからキャニスターに封入してガラス固化体を形成するようになっている。
【０００４】
そのため、溶融炉本体の下部は、例えば逆ピラミッド型等に溶融空間から流下ノズル側の断面積が縮小するように形成された導出部とされ、溶融ガラスが流下ノズルにスムースに流動するようになっている。
しかしながら、例えば、放射性排液に含まれる白金族類元素(ロジウム、パラジウム、ルテニウム)は所定の条件下で析出、クラスター化して導出部を含む炉底部に堆積しやすく、また粘性が非常に高いために、白金族類元素が炉底部に堆積すると溶融ガラスは炉壁に停滞して炉壁に沿って流下ノズルに安定して流動することが困難となる。
【０００５】
また、白金族類元素を含んだ堆積物は溶融ガラスに比べて電気抵抗が小さいために、電極から供給された電流が堆積物に集中的に流れて溶融ガラスに流れる電流が小さくなるために、溶融ガラスの通電加熱が阻害されて炉底部の加熱能カが低下して廃液含有ガラスを流下ノズルからキャニスターに安定的に封入することができなくなる。
【０００６】
そのため、堆積物が堆積してガラス溶融炉の運転に影響するような場合、炉壁から堆積物を除去することが行なわれるが、一方で、ガラス溶融炉に空気吹出口を設けて溶融ガラス中に空気をバブリングすることにより金属等の堆積物が堆積するのを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
一方、電極間の電気抵抗が基準値以下に低下した場合、運転中は炉底部を確認できないため、電気抵抗低下の原因が高濃度の白金族類含有ガラスの堆積によるものか、金属等の異物の混入による通電の阻害によるものか、あるいは電源の不調によるものかを特定するのは容易ではなく、そのため、従来、電極間抵抗が基準値を下回ると電気抵抗が小さい物質が炉底部に堆積しているものと推測してガラスビーズと放射性廃液の供給を停止するとともにガラス溶融炉の運転を停止していた。
【特許文献１】特開２００２−２３６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ガラス溶融炉を停止した場合、ガラス溶融炉の昇温や再運転に多くの時間やコストがかかり、原因が高濃度の白金族類含有ガラス堆積や異物の落下が原因でない場合には運転停止をすることは必要以上の多大なコストを生じさせることとなる。
【０００９】
そのため、ガラス溶融炉内において発生する高濃度の白金族類含有ガラス等の堆積物を効率的かつ確実に検出することが可能な堆積物検出方法及びガラス溶融炉に対する技術的要請が高まっている。
また、かかる技術を確立することで放射線環境において安定したガラス溶融を行なうための運転条件の確立や炉底部に白金族類含有ガラスが堆積した場合の洗浄運転等を効率的に行なうための運転条件の解析に対する期待が高まっている。
【００１０】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、ガラス溶融炉内に堆積する堆積物を効率的かつ確実に検出することが可能なガラス溶融炉の堆積物検出方法及びガラス溶融炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
請求項１に記載の発明は、耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉であって、前記溶融空間に電磁波を照射可能とされる照射部と、前記照射部が照射した電磁波を受信する受信部と、前記照射部に給電するとともに前記受信部が受信した電磁波を検出する検出部とを有し、前記照射部から照射した電磁波を前記受信部で受信し、前記検出部で前記受信した電磁波に基づいて前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉おける堆積物検出方法であって、前記溶融空間に照射部から電磁波を送信する工程と、前記照射された電磁波を受信部で受信する工程と、該受信した電磁波を検出部で信号に変換して前記堆積物を検出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るガラス溶融炉によれば、照射部が照射した電磁波を受信部で受信することにより溶融空間に堆積した堆積物を検出することが可能とされる。
この明細書において、堆積物とは、例えば、高濃度の白金族類金属その他の金属等、溶融ガラスとは物性値（例えば、導電率、誘電率、誘電損失等）が異なる物質を高濃度に含有した溶融ガラスをいう。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガラス溶融炉であって、前記照射部は、前記溶融空間の側方に配置され、前記受信部は、前記溶融空間に対して前記照射部と同じ側と反対側の少なくともいずれかの側方に配置されることを特徴とする。
【００１５】
この発明に係るガラス溶融炉及び堆積物検出方法によれば、照射部及び受信部が溶融空間の側方に配置されているので側面視した堆積物の状況を検出することができる。その結果、例えば、流動に有害な凸形状の堆積物を効率的かつ容易に把握することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るガラス溶融炉及び堆積物検出方法によれば、溶融空間に電磁波を照射、受信することで、ガラス溶融炉の溶融空間に堆積する堆積物を効率的かつ確実に検出することができる。
その結果、ガラス溶融炉の稼働率を向上して運転コストを削減することができる。
また、ガラス溶融炉を安定して操業するための運転条件の最適化を目的とした解析を効率的に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１から図９を参照して本発明に係るガラス溶融炉を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の一例の概略を示す図であって、符号１はガラス溶融炉を示している。
ガラス溶融炉１は、例えば、ガラスビーズを原料として溶融ガラスＧを生成し、この溶融ガラスＧに放射性廃液を混合してガラス固化体とする放射性廃液物再処理用のガラス溶解炉とされている。
【００１８】
ガラス溶融炉１は、溶融炉本体１０と、原料供給管１３と、排液供給管１４と、間接加熱ヒータ１５と、主電極１６と、補助電極１７と、底部電極１８と、流下ノズル１９と、堆積物検出装置（堆積物検出手段）２０とを備えている。また、流下ノズル１９の下方にはキャニスタ−５０が配置可能とされ、溶融炉本体１０内で溶融ガラスＧを直接通電して加熱するとともに流下ノズル１９から溶融ガラスＧを排出してキャニスタ−５０に充填するようになっている。
【００１９】
溶融炉本体１０は、耐火煉瓦により形成され内方が溶融ガラスＧを貯留するための溶融空間１１とされており、溶融空間１１は、上方が略直方体状に形成されるとともに下部が上方から下方に向かうに従って断面積が縮小するいわゆる逆ピラミッドの四角錐状空間とされていて、この四角錐状空間は、溶融ガラスＧを流下ノズル１９にスムースに流動させるための導出部１１Ａとされている。
【００２０】
溶融炉本体１０を構成する耐火煉瓦は、例えば、Ａｌ２Ｏ３＋Ｃｒ２Ｏ３により形成されており、耐火煉瓦と耐火煉瓦とはその間にホウ珪酸ガラスを充填することにより接合されており、電気的に充分な絶縁性を有するとともに電磁波が透過可能とされている。
【００２１】
原料供給管１３は、ガラス溶融炉１の上部に配置されていて、溶融空間１１に溶融ガラスＧの原料となるガラスビーズを投入するようになっている。
排液供給管１４は、ガラス溶融炉１の上部に配置されていて、例えば、核燃料製造施設において核燃料生成の際に排出される放射性廃液を溶融空間１１に投入するものであり、放射性廃液には高濃度の白金族類元素(ロジウム、パラジウム、ルテニウム)が含有されている。
【００２２】
間接加熱ヒータ１５は、溶融空間の上部に配置され、例えば、ニクロム線等の電気抵抗体により構成されており通電されることにより加熱して溶融空間１１内に充填されたガラスビーズを輻射熱で加熱、溶融するとともに溶融された溶融ガラスＧの温度を維持又は昇温するようになっている。
【００２３】
主電極１６は、例えば、耐熱性と溶融ガラスＧに対する耐腐食性を有するインコネルにより形成された一対の電極部材から構成され、例えば溶融空間中間部に対向して配置されるとともに溶融空間１１側の端部が導出部１１Ａ内に露出して形成され、溶融空間１１の溶融ガラスＧに直接通電してジュール熱を発生させ、溶融ガラスＧを昇温するとともにガラスビーズを溶融ガラスＧに溶解するようになっている。
【００２４】
補助電極１７は、例えば、主電極１６と同様にインコネルにより形成された一対の電極部材から構成され、例えば導出部１１Ａの高さ方向の中間に主電極と直交する方向に対向して配置されるとともに溶融空間１１側の端部が導出部１１Ａに露出して形成されている。かかる構成とすることにより、主電極１６で加熱が充分に行なえない導出部１１Ａ内の溶融ガラスＧを充分に加熱することができる。なお、図１においては、便宜のため主電極と同方向に図示している。
また、補助電極１７には通気路が形成されていて、矢印に沿って冷却空気を流通させることにより補助電極１７の温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００２５】
底部電極１８は、例えば、主電極１６と同様にインコネルにより形成された一つの電極部材により形成され、導出部１１Ａの中央部に形成された開口部に上方を導出部１１Ａに露出して配置されている。
また、底部電極１８は平面視して中央部に形成された流路を流下ノズル１９の流路と連通されており溶融ガラスＧを流下ノズル１９に流通させることができるようになっている。
また、底部電極１８には通気路が形成されていて、矢印に沿って冷却空気を流通させることにより底部電極１８の温度上昇を抑制することができるようになっている。
【００２６】
主電極１６、補助電極１７、底部電極１８は、上方からこの順番に配置されており、それぞれの電極部材に印加する電圧の設定により、主電極１６を構成する電極部材の間、補助電極１７を構成する電極部材の間、主電極１６と補助電極１７の間、主電極１６と底部電極１８の間、補助電極１７と底部電極１８の間で溶融ガラスＧに通電してジュール熱を発生させて溶融ガラスＧを加熱するようになっている。
なお、この実施形態において、溶融ガラスＧに通電する電流は交流電流とされている。
【００２７】
流下ノズル１９は、溶融空間１１の下部に配置され、導出部１１Ａに連通して形成されるとともに溶融ガラスＧを排出してキャニスタ−５０に充填するようになっている。
なお、流下ノズル１９は、高周波誘導加熱コイルが流路を取り囲むようにして形成されており、流下ノズル壁を誘導加熱することにより流路内を通過する溶融ガラスＧの温度を調整可能とされている。
【００２８】
ガラス溶融炉１は、かかる構成により投入されたガラスビーズを初期段階は間接加熱ヒータ１５で加熱、溶融して溶融ガラスＧとし、その後、主電極１６、補助電極１７、底部電極１８のいずれかに電圧を印加して溶融ガラスＧに通電して加熱、溶融するようになっている。
【００２９】
また、溶融空間１１内の溶融ガラスＧにガラスビーズ及び放射性排液を投入して溶融するとともに溶融ガラスＧに放射性廃液を混合し、放射性排液が混合された溶融ガラスＧを流下ノズル排出してキャニスタ−５０内に充填して固化するようになっている。
【００３０】
堆積物検出装置２０は、図２に示すように照射アンテナ（照射部）２１と、受信アンテナ（受信部）２３と、温度センサ２４と、検出部２５と、信号処理部３０と、表示部４０とを備えており、照射アンテナ２１が照射した電磁波を受信アンテナ２３で受信し、電磁波が照射されてから受信されるまでの時間ΔＴ及び信号強度に基づいて溶融空間１１内の堆積物を検出し堆積物の分布をＣＲＴ（濃度分布表示手段）等の表示部４０に表示するようになっている。なお、演算部３３とデータベース３４Ａは、濃度算出手段を構成している。
【００３１】
照射アンテナ２１は、堆積物の検出に必要な分解能の約２倍以下の波長の電磁波（例えば、ミリ波又はマイクロ波）を照射するように構成されており、この実施形態における照射アンテナ２１は、図３、図４に示すように導出部１１Ａ側に向かって延在する複数のアンテナエレメント群から構成され、多点計測が可能な多点式のアンテナとされている。具体的には複数のアンテナエレメントがその延在する方向と直交する面においてマトリックス状に配置されており、このマトリックスは四角錐状の溶融空間１１の稜線をカバーするようになっている。なお、図３において斜線を付した部分は、導出部１１Ａの稜線部に堆積した堆積物を概念的に示している。
【００３２】
また、照射アンテナ２１、受信アンテナ２３は、耐火煉瓦の炉壁の外に配置されていることが望ましいが、目的物である高濃度の白金族類含有ガラス等の堆積物に信号が到達するまでの電磁波の減衰、散乱を考慮して炉壁に埋め込み堆積物に近づけてもよい。
【００３３】
また、照射アンテナ２１を構成するそれぞれのアンテナエレメントは、マトリックスの配列に従って検出部２５から順番に給電可能とされており、電磁波を順次照射するようになっている。なお、電磁波の照射順序については、受信した電磁波とマトリックス配列と対応できれば任意に設定してもよい。
【００３４】
受信アンテナ（受信部）２３は、堆積物等において反射する反射波を受信する反射波アンテナ２３Ａと、導出部１１Ａを透過した電磁波を受信する透過波アンテナ２３Ｂとを備えており、この実施形態において反射波アンテナ２３Ａは照射アンテナ２１と同じ側に配置されている。
【００３５】
温度センサ２４は、照射アンテナ２１のマトリックスに対応して複数配置されており、配置する位置は温度センサ２４で測定した溶融ガラスＧの温度と受信アンテナ２３で受信した電磁波の信号強度とともに白金族類濃度を算出した場合に、その誤差が許容範囲内になるように構成されている。
【００３６】
検出部２５は、照射回路２６、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８、温度検出回路２９を備え、照射回路２６、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８は、それぞれ照射アンテナ２１、反射波アンテナ２３Ａ、透過波アンテナ２３Ｂに接続され、温度検出回路２９は温度センサ２４に接続されている。
【００３７】
照射回路２６は、照射アンテナ２１のそれぞれのアンテナエレメントとスイッチング回路を介して接続されており、信号処理部３０の出力部３５からの出力信号によって対象となるアンテナエレメントに給電して電磁波を出力するように構成されている。
【００３８】
反射波受信回路２７は、反射波アンテナ２３Ａが受信した反射波を電圧信号に変換して反射波信号として信号処理部３０に出力するように構成されている。
また、透過波受信回路２８は、透過波アンテナ２３Ｂが受信した透過波を電圧信号に変換して透過波信号として信号処理部３０に出力するように構成されている。
また、温度検出回路２９は温度センサ２４が検出した温度測定信号を信号処理部３０に出力するようになっている。
【００３９】
信号処理部３０は、図２に示すように、入力部（入力手段）３１と、メモリ３２と、演算部３３と、ハードディスク装置３４と、出力部３５と、これら相互のデータ等を通信するための通信線３７とを備え、ハードディスク装置３４にはデータベース３４Ａが格納されている。
【００４０】
入力部３１は、例えば、図示しないキーボード等のデータ入力機器を有して演算部３３に設定等を出力するとともに、反射波受信回路２７、透過波受信回路２８、温度検出回路２９に接続され、これらが出力した反射波信号、透過波信号、及び温度測定信号を演算部３３に出力するようになっている。
【００４１】
演算部３３は、例えば、メモリ３２のＲＯＭに格納されたプログラムを読み込んでプログラムを実行することにより、電磁波を照射する対象のアンテナエレメントに出力部３５を介して順次給電する指示を照射回路２６に出力し、入力部３１から入力された反射波信号、透過波信号、及び温度測定信号をデータベース３４Ａを参照し、マトリックスのアンテナエレメントに対応する位置の白金族類濃度ｗを算出し、算出した白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させてメモリ３２に格納するようになっている。また、メモリ３２に格納した白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させて出力部３５に出力するようになっている。
この実施形態において、算出した白金族類濃度ｗは閾値に基づいて二値化するようになっている。なお、二値化に代えて、白金族類濃度ｗを量子化して濃淡により表示してもよい。
【００４２】
データベース３４Ａは、例えば、図５に示すような白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）と受信アンテナ２３から入力される信号強度Ｓとの相関を、溶融ガラス温度Ｔ１をパラメータとして表示したグラフを数値テーブル化して構成されており、演算部３３が信号強度Ｓ及び溶融ガラスＧの温度Ｔ１を参照して白金族類濃度（ｗｔ％）を算出可能とされている。
【００４３】
また、データベース３４Ａは、図６に示すような白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）と導電率σ（１／Ωｍ）とが溶融ガラス温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）をパラメータとして一定の相関関係を有することに基づいている。
なお、図６に示すグラフに代えて、誘電率、誘電損失が溶融ガラスＧの温度によって変化することに基づき、これらと信号強度Ｓとの相関に基づいて白金族類濃度（ｗｔ％）を算出するデータベースを構成してもよい。
【００４４】
次に、図７を参照して、信号処理部３０が白金族類濃度ｗをマトリックスに対応させて表示する手順について説明する。
図７は、導出部１１Ａにおける白金族類濃度をマトリックスに従ってマッピングするためのプログラムの一例を示すフロー図である。
【００４５】
１）まず、演算部３３は、照射対象のアンテナエレメントを選択する。（Ｓ１）
２）次に、演算部３３は、照射回路に電磁波を照射する指示をする。（Ｓ２）
この指示によって、照射回路２６の照射対象となるアンテナエレメントのスイッチング回路がＯＮになりアンテナエレメントから電磁波が照射される。
３）電磁波が照射されたら、反射波受信アンテナ２３Ａ及び透過波受信アンテナ２３Ｂが電磁波を受信し、受信した反射波信号及び透過波信号は、反射波受信回路２７及び透過波受信回路を介して入力部３１に入力される。
また、マトリックス上の対応する位置（領域）の温度センサ２４が検出した温度測定信号が温度検出回路２９を介して入力部３１に入力される。
図８は、照射アンテナ２１による電磁波の照射、受信アンテナ２３による電磁波の受信の一例を示す概念図であり、符号Ｍ１は照射した電磁波を、符号Ｍｒは反射した電磁波を、符号Ｍｔは透過波を示している。なお、図８において斜線を付した部分は、導出部１１Ａに堆積した堆積物を示している。
４）演算部３３は、反射波受信回路２７及び透過波受信回路を介して取得した反射波信号及び透過波信号をメモリ３２に格納された基準データと比較し、比較した結果が許容範囲内で正常時との変化（差異）がない場合にはＳ８に移行し、比較結果が許容範囲を超えていて正常時に対して変化がある場合にはＳ５に移行する。（Ｓ４）
５）Ｓ８に移行した場合には照射するアンテナエレメントを変更する。（Ｓ８）
アンテナエレメントを変更したら照射対象のアンテナエレメントを選択（Ｓ１）する。
６）Ｓ５に移行した場合には、演算部３３は入力部３１から取得した反射波信号及び透過波信号の信号強度Ｓ、温度測定信号をデータベース３４Ａを参照してマトリックスの対応する位置の白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を算出する。（Ｓ５）
なお、反射波が戻る時間Δｔに基づいて堆積物までの距離を算出して堆積物の厚さを特定してもよい。
７）演算部３３は、マトリックス上の位置と白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を対応させてメモリ３２に格納する。
８）マトリックス上のすべての位置に対する照射が終了している場合には、マッピングが完了したものと判断してプログラムを終了し、マトリックス上に電磁波を照射していない位置がある場合にはマトリックス上の残余の位置における堆積物の堆積状況を把握するために照射アンテナエレメントを変更するためにＳ８に移行する。（Ｓ７）
９）演算部３３は、マトリックス上のすべての位置に対する電磁波の照射が完了するまでプログラムを繰り返し実行する。
１０）演算部３３は、プログラムの実行を終了したら、メモリ３２のデータに基づいて出力部３５を介して表示部４０に出力して、白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）の濃度分布を２値（例えば、白黒）表示して可視化する。
【００４６】
図９は、検出した白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）をＣＲＴ等の表示部４０に表示した場合の一例を示す図であり、網かけ部分は堆積物が閾値以上であることを示している。
図９（Ａ）は、堆積物が堆積していない正常時のマトリックスを、（Ｂ）は高濃度金属粒子が蓄積する初期を、（Ｃ）は堆積物が堆積して高濃度に蓄積されていてメンテナンスが必要とされる短絡直前の状態を示している。
【００４７】
ガラス溶融炉１によれば、照射アンテナ２１が、溶融空間１１の導出部において堆積物が堆積しやすい稜線を含む領域をカバーしているので堆積物の堆積を効率的に把握することができる。
【００４８】
また、ガラス溶融炉１によれば、堆積物の濃度分布を可視化できるので、例えば、堆積物の濃度分布に偏りが生じて堆積物が部分的な凸部を有して堆積した場合でも効率的に把握することができる。また、堆積物の濃度を把握することで堆積物による影響の程度を把握することができる。
【００４９】
ガラス溶融炉１によれば、白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を効率的に算出することができる。
また、受信した電磁波の信号強度Ｓと、溶融ガラスＧの温度Ｔ１とをデータベース３４Ａに参照して算出するので白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）を容易に算出することができる。
【００５０】
また、ガラス溶融炉１の運転開始時の正常な状態から炉内状況を監視して高濃度白金族類が通電電極間にまたがって堆積する状態となった場合に回復操作(堆種物除去や洗浄運転など)を効率的に行うことができる。
【００５１】
また、図９に示すように白金族類濃度ｗ（ｗｔ％）の分布を表示して可視化することができるので、白金族類の堆積状況を効率的かつ的確に把握して、ガラス溶融炉１を効率的に操業して運転コスト及びメンテナンスコストを削減することができる。
また、流下ノズル１９に電磁波を照射した場合、流下する溶融ガラスＧの白金族類濃度ｗをガラス溶融炉を運転しながら効率的に把握することができる。
【００５２】
また、最適な運転条件を決めるためのモックアップ試験では、通電電流量や温度分布と白金族類堆積との相関をとることで、効率よく最適な運転条件を確立することができる。
【００５３】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、堆積物がガラス溶融炉内に堆積する白金族類を含有する溶融ガラスＧによる場合について説明したが、電磁波の反射、透過、吸収特性が異なる物質であれば、他の堆積物を対象として本発明を適用してもよい。
【００５４】
また、ガラス溶融炉１が溶融ガラスＧと白金族類を含有する放射性廃液とを混合する場合について説明したが、例えば、溶融ガラスＧと、溶融ガラスＧと混合した場合に電磁波による検出が可能な白金族類以外の物質を溶融ガラスＧと混合する場合にも適用することもできる。
【００５５】
また、上記実施の形態においては、検出した受信波を信号処理部３０で可視化する場合について説明したが、例えば、反射波の信号レベルが所定値以上であることを以って堆積物の堆積を把握するだけの構成としてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態においては、堆積物の堆積状況をデータベース３４Ａに格納されたデータと照合して算出する場合について説明したが、予め堆積状況と反射波の相関関係から求めた回帰式等により算出する構成としてもよい。
【００５７】
また、マトリックス状に配置したアンテナエレメント群に代えて溶融空間１１に対して電磁波を走査して照射することにより白金族類濃度ｗの分布状態を表示するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態においては、受信アンテナ２３が反射波受信アンテナ２３Ａと、透過波受信アンテナ２３Ｂとを備える場合について説明したが、受信アンテナ２３を反射波アンテナ２３Ａと透過波アンテナ２３Ｂのいずれか一方により構成してもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態においては、照射アンテナ２１及び反射波アンテナ２３Ａ、透過波アンテナ２３Ｂをガラス溶融炉本体１０の側方に配置する場合について説明したが、これらの配置する位置をガラス溶融炉本体１０の上方や下方としてもよい。
また、上記実施の形態においては、溶融空間１１の下部が上方から下方に向かうに従って断面積が縮小する四角錐状空間である場合について説明したが、例えば、三角錐、五角錐等の多角錘の他、円錐に形成されていてもよい。
【００６０】
上記実施の形態においては、反射波の戻ってくる時間ΔＴ、信号強度Ｓから堆積物の位置や濃度を算出する場合について説明したが、反射波、透過波、これらを比較することにより取得可能な信号から、堆積物に関する濃度以外の物理量を取得する構成としてもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態においては、マトリックス状に配置されたアンテナエレメント群を用いて堆積物を検出する場合について説明したが、電磁波の照射対象を、一点とするか、多点とするか、所定の面積を有する範囲とするかについては任意に設定可能である。また、走査式の単体アンテナを用いてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態においては、突出して形成された複数のアンテナエレメントがマトリックス状に配置された照射アンテナ２１を用いる場合について説明したが、例えば、ホーンアンテナ等の他の種類のアンテナを用いてもよい。
【００６３】
上記実施の形態においては、耐火煉瓦がＡｌ２Ｏ３＋Ｃｒ２Ｏ３により形成され、耐火煉瓦と耐火煉瓦との間にホウ珪酸ガラスからなる接合材が充填されている場合について説明したが、耐火煉瓦及び接合材については耐熱性、電気絶縁性を有し電磁波が通過な物質であれば上記以外の物質を用いてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、ガラス溶融炉１が、一対の主電極１６と、一対の補助電極１７と、一つの底部電極１８を備えた場合について説明したが、例えば、主電極１６のみを備えた構成、主電極１６と補助電極１７のみを備えた構成等、電極の構成については任意に設定可能である。
また、電極間に流す電流に関しては、交流電流、直流電流のいずれを流す構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の概略を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る堆積物検出装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の要部を平面視した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガラス溶融炉の要部を側面視した縦断面図である。
【図５】一実施形態に係るデータベースの概略構成を示す図である。
【図６】一実施形態に係るデータベースの原理の概略を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る堆積物検出装置の信号処理部の概略動作をフロー図である。
【図８】一実施形態に係る堆積物検出装置による電磁波の照射、受信の状況を説明する概念図である。
【図９】一実施形態に係る堆積物検出装置の表示部による表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｇ 溶融ガラスＧ
１ ガラス溶融炉
１０ 溶融炉本体
１１ 溶融空間
１１Ａ 導出部
１６ 主電極
１７ 補助電極
１８ 底部電極
２０ 堆積物検出装置
２１ 照射アンテナ（照射部）
２３ 受信アンテナ（受信部）
２３Ａ 反射波受信アンテナ（受信部）
２３Ｂ 透過波受信アンテナ（受信部）
２４ 温度センサ
２５ 検出部
３０ 信号処理部
３１ 入力部
３３ 演算部
３４Ａ データベース
３５ 出力部
４０ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉であって、
前記溶融空間に電磁波を照射可能とされる照射部と、
前記照射部が照射した電磁波を受信する受信部と、
前記照射部に給電するとともに前記受信部が受信した電磁波を検出する検出部と、を有し、
前記照射部から照射した電磁波を前記受信部で受信し、前記検出部で前記受信した電磁波に基づいて前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段を備えることを特徴とするガラス溶融炉。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス溶融炉であって、
前記照射部は、前記溶融空間の側方に配置され、
前記受信部は、
前記溶融空間に対して前記照射部と同じ側と反対側の少なくともいずれかの側方に配置されることを特徴とするガラス溶融炉。
【請求項３】
耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉おける堆積物検出方法であって、
前記溶融空間に照射部から電磁波を送信する工程と、
前記照射された電磁波を受信部で受信する工程と、
該受信した電磁波を検出部で信号に変換して前記堆積物を検出する工程と、を備えることを特徴とする堆積物検出方法。
【請求項１】
耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉であって、
前記溶融空間に電磁波を照射可能とされる照射部と、
前記照射部が照射した電磁波を受信する受信部と、
前記照射部に給電するとともに前記受信部が受信した電磁波を検出する検出部と、を有し、
前記照射部から照射した電磁波を前記受信部で受信し、前記検出部で前記受信した電磁波に基づいて前記溶融空間の堆積物を検出する堆積物検出手段を備えることを特徴とするガラス溶融炉。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス溶融炉であって、
前記照射部は、前記溶融空間の側方に配置され、
前記受信部は、
前記溶融空間に対して前記照射部と同じ側と反対側の少なくともいずれかの側方に配置されることを特徴とするガラス溶融炉。
【請求項３】
耐火煉瓦により形成された溶融空間に溶融ガラスが貯留可能とされ、該貯留した前記溶融ガラスを前記溶融空間下部の導出部に接続された流下ノズルから排出するように構成されたガラス溶融炉おける堆積物検出方法であって、
前記溶融空間に照射部から電磁波を送信する工程と、
前記照射された電磁波を受信部で受信する工程と、
該受信した電磁波を検出部で信号に変換して前記堆積物を検出する工程と、を備えることを特徴とする堆積物検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１４３７８０（Ｐ２０１０−１４３７８０Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２１２８９（Ｐ２００８−３２１２８９）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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