リン酸塩ガラスの連続式溶融炉
【課題】 リン酸塩原料からリン酸塩ガラスを連続製造できるとともに、組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができるリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を提供する。
【解決手段】 連続式溶融炉１０は、横方向に延びる筒状をなす溶融炉本体１２を備えている。溶融炉本体１２はその基端側上部に原料投入口１９を備え、先端側下部に製品出口２２を備えている。溶融炉本体１２の先端には、溶融炉本体１２内に加熱ガスを供給するバーナー１６が設けられている。溶融炉本体１２内の原料通路１８は、原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって徐々に低くなるように形成されている。原料通路１８には、原料投入口１９から製品出口２２に向かって、原料を加熱脱水するための脱水部１８ａと、脱水された原料を加熱溶融する溶融部１８ｂと、溶融された原料を縮合させる縮合部１８ｃとが順に設けられている。
【解決手段】 連続式溶融炉１０は、横方向に延びる筒状をなす溶融炉本体１２を備えている。溶融炉本体１２はその基端側上部に原料投入口１９を備え、先端側下部に製品出口２２を備えている。溶融炉本体１２の先端には、溶融炉本体１２内に加熱ガスを供給するバーナー１６が設けられている。溶融炉本体１２内の原料通路１８は、原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって徐々に低くなるように形成されている。原料通路１８には、原料投入口１９から製品出口２２に向かって、原料を加熱脱水するための脱水部１８ａと、脱水された原料を加熱溶融する溶融部１８ｂと、溶融された原料を縮合させる縮合部１８ｃとが順に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種食品の添加物として用いられるリン酸塩ガラスの連続式溶融炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リン酸塩ガラスの製造方法としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この製造方法においては、まず、含水リン酸原料と他の原料とを混合したスラリー状の原料混合物を乾燥器で約１３０℃に一週間保持してケーキ状にする。次に、この原料を電気炉により３００℃で５時間熱処理した後、１３００℃で３時間溶融して均一な溶融液とする。そして、この溶融液を急冷することでガラスとしている。
【特許文献１】特開平１１−７９７５３号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の製造方法では、乾燥器から電気炉へ原料を移し替える必要があり、また、乾燥器と電気炉のそれぞれにおいて原料の組成を設定する必要があるため、連続製造が困難であり、また、組成変更が面倒である。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、リン酸塩ガラスの原料からリン酸塩ガラスを連続製造できるとともに、組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができるリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、筒状をなす溶融炉本体を有し、同溶融炉本体の基端側上部に原料投入口を備え、先端側下部に製品出口を備え、前記原料投入口から前記溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料を加熱する加熱装置を備え、前記溶融炉本体内において原料投入口から製品出口に向かう原料通路には、前記加熱装置により原料を加熱脱水する脱水部と、脱水された原料を加熱溶融する溶融部と、溶融された原料を縮合させる縮合部とを順に設けたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記脱水部及び溶融部の原料通路に沿った合計の長さは、前記縮合部の長さの０．５〜１．０倍に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記原料通路は、原料投入口から製品出口に向かって低くなるように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記溶融炉本体の原料投入口より基端側には、原料通路よりも高い位置に設けられ、原料通路に連通する排気通路を有し、原料通路から排気通路に入る熱を蓄える蓄熱部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、原料投入口から溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料は、まず、脱水部において加熱されることでその水分の一部が蒸発によって除去される。水分の一部が除去された原料は、次に、溶融部において加熱されることで溶融される。溶融された原料は、次に、縮合部において縮合反応し、縮合の程度に応じたリン酸塩ガラスとなる。このとき、原料投入口から溶融炉本体内に投入された原料は溶融され、筒状をなす溶融炉本体の原料通路に沿って原料投入口側から製品出口側に向かって流れ、製品出口から炉外に流れ出る。また、縮合部における温度や通過時間に応じて縮合度が変化する。従って、リン酸塩ガラスの原料からリン酸塩ガラスを連続製造できるとともに、組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、リン酸塩ガラスに要求される縮合度に応じた縮合部の長さを設定すると、脱水部及び溶融部の好ましい合計の長さが決定される。
請求項３に記載の発明によれば、原料通路内の溶融原料が原料投入口から製品出口に向かってより円滑に流れるので、原料通路内の原料がより一層迅速に炉外に流れ出る。このため、組成の異なるリン酸塩ガラスをより容易に製造することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、原料通路から排気通路に入る熱が蓄熱部に蓄えられるので、脱水部の温度が安定する。このため、脱水部において原料から蒸発する水の量が一定になるので、リン酸塩ガラスの組成がより安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を具体化した一実施形態を図１に従って説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の連続式溶融炉１０は、横方向に延びる筒状をなし、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）質レンガで形成された溶融炉本体１２を備えている。溶融炉本体１２は、左右より上下に長い四角筒状で延びるように形成されている。溶融炉本体１２の基端側上部にはリン酸塩ガラスの原料を投入する原料投入口１９が設けられ、また、その先端側下部には製品としてのリン酸塩ガラスを取り出す製品出口２２が設けられている。溶融炉本体１２の底部、すなわち、原料が移動する原料通路１８は、原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって徐々に低くなるように斜めに形成されている。この傾斜は、例えば水平方向の距離３ｍ当たりに高さが１０ｃｍ変化する大きさであるが、この傾斜より小さくても、また、大きくてもかまわない。
【００１３】
原料との接触部となる原料通路１８上には、原料投入口１９から製品出口２２に向かって、原料を加熱脱水するための脱水部１８ａと、脱水された原料を加熱溶融する溶融部１８ｂと、溶融された原料を縮合させる縮合部１８ｃとが順に設けられている。脱水部１８ａに対応する溶融炉本体１２の底部及び両側壁下部の最外部は、溶融原料がレンガ目地から浸出することを防止するためのステンレス鋼板２０によって形成されている。また、溶融部１８ｂ及び縮合部１８ｃに対応する溶融炉本体１２の底部及び両側壁下部の最外部は、ジルコン質レンガを冷却してリン酸塩ガラスの浸食によるジルコン質レンガの腐食を防止するための冷却パッド２１によって形成されている。
【００１４】
縮合部１８ｃの原料通路１８に沿った長さは、所定温度に加熱された溶融原料が縮合部１８ｃを通過する間に所望の縮合度のリン酸塩ガラスとなるように設定されている。そして、脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの原料通路１８に沿った合計の長さｓ２は、縮合部１８ｃの長さｓ１を基準としてその０．５〜１．０倍の大きさ（ｓ２＝（０．５〜１．０）×ｓ１）に設定されている。また、溶融炉本体１２の幅ｗは、縮合部１８ｃの長さｓ１の１／８〜１／５倍の大きさ（ｗ＝（１／８〜１／５）×ｓ１）に設定されている。なお、溶融炉本体１２内の高さｈは、同幅ｗの３〜５倍の大きさ（ｈ＝（３〜５）×ｗ）とされている。
【００１５】
また、溶融炉本体１２の先端には、溶融炉本体１２内に炎とともに加熱ガスを供給するバーナー（加熱装置）１６が設けられている。バーナー１６は、火力の大きさを調節可能である。なお、このバーナー１６に加えて、溶融炉本体１２の中間部に補助バーナーを設けてもよい。
【００１６】
溶融炉本体１２の原料投入口１９よりも基端側には、原料通路１８よりも高い位置に設けられ、原料通路１８に連通する排気通路２６を有し、原料通路１８から排気通路２６に入る熱を蓄える蓄熱部１３が備えられている。蓄熱部１３には、排気通路２６に続くエアチャンバ１５と、このエアチャンバ１５に続く煙突１７とが設けられている。そして、蓄熱部１３の排気通路２６には、バーナー１６から溶融炉本体１２内に供給され、縮合部１８ｃ、溶融部１８ｂ及び脱水部１８ａを順に通過した加熱ガスが入る。排気通路２６に入った加熱ガスは、排気通路２６からエアチャンバ１５に入り、エアチャンバ１５の天部、側壁部及び底部を加熱した後、ガス化された状態で煙突１７から炉外に排出される。なお、蓄熱部１３の排気通路２６は、原料通路１８よりも高い位置において原料通路１８に連通しているので、原料通路１８の溶融原料が排気通路２６に入らない。
【００１７】
上記連続式溶融炉１０においては、ミキサー２３から原料投入口１９を通じて溶融炉本体１２内に、スラリー状の原料が所定の投入量で連続的に投入される。また、粉体状の原料も、原料投入口１９から投入することができる。
【００１８】
リン酸塩ガラスの原料としては、アルカリ金属原料とリン原料とを、リンに対するアリカリのモル比ｒが２．０＞ｒ＞０．１の範囲内となるように調合されたものを用いることができる。モル比ｒが１．７＞ｒ＞０．９の範囲内であれば、より安定した組成のリン酸塩ガラスを製造することができる。アルカリ金属原料としては、リチウム、ナトリウム又はカリウムの炭酸塩や水酸化物を用いることができる。リン原料としては、精製リン酸や、電気・電子工業における使用済み洗浄リン酸を用いることができる。また、アルカリ金属原料及びリン原料として、リン酸塩や、リン酸・リン酸塩工業、イノシトール製造工業又は食品工業における副生産物のリン酸塩を用いることもできる。
【００１９】
以上のように構成された連続式溶融炉１０においては、原料に応じてバーナー１６の火力が調節され、第１温度計２４によって測定される原料通路１８上方の温度（以下、第１温度ｔ１という。）と、第２温度計２５によって測定されるエアチャンバ１５内の温度（以下、第２温度ｔ２という。）とが調整される。第１温度ｔ１及び第２温度ｔ２は、溶融炉本体１２内の温度が６００℃以上となるように調節される。溶融炉本体１２内における温度分布は、製品出口２２側から原料投入口１９に向かって徐々に低くなる。すなわち、縮合部１８ｃの温度は溶融部１８ｂの温度よりも高く、溶融部１８ｂの温度は脱水部１８ａの温度よりも高くなる。そして、脱水部１８ａは、リン酸塩ガラスの原料を溶融させず、原料中の水分の一部を蒸発させる温度に調節され、溶融部１８ｂは、原料を溶融させる温度に調節される。また、縮合部１８ｃは、原料を溶融状態に維持して縮合を促進させる温度に調節される。
【００２０】
さて、原料投入口１９から溶融炉本体１２に投入されたリン酸塩ガラスの原料は、まず、脱水部１８ａにおいて加熱されることで脱水反応を起こし、その水分の一部が蒸発によって除去される。このとき、溶融炉本体１２内に吹き込まれるバーナー１６の炎が脱水部１８ａの原料に直接接するため、水分が短時間で除去される。また、加熱ガスにより、原料中に含まれる有機物が燃焼気化する。なお、脱水部１８ａにおける温度は、蓄熱部１３により安定した温度に維持される。このため、脱水部１８ａにおいて除去される水分量が安定し、原料中の水分量が安定する。水分の一部が除去された原料は、次に、溶融部１８ｂにおいて加熱されることで溶融される。溶融された原料は、次に、縮合部１８ｃにおいて加熱されることで縮合反応し、縮合の程度に応じたリン酸塩ガラスとなる。このとき、原料投入口１９から溶融炉本体１２内に投入された原料は、筒状をなす溶融炉本体１２の原料通路１８に沿って溜まることなく流れ、製品出口２２から溶融炉本体１２外に流れ出す。溶融炉本体１２外に出た溶融原料は、図示しない周知の冷却機によって冷却され、固化してリン酸塩ガラスとなる。このリン酸塩ガラスは、粉砕され、粉末状の製品とされる。
【００２１】
以上詳述した実施形態の連続式溶融炉１０によれば、原料投入口１９から溶融炉本体１２内に投入されたリン酸塩ガラスの原料は溶融され、筒状の溶融炉本体１２の原料通路１８に沿って原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって流れ、製品出口２２から炉外に流れ出る。このとき、縮合部１８ｃにおける温度や通過時間に応じて縮合度が変化する。従って、リン酸塩原料から製品ガラスを連続製造できるとともに、溶融炉本体１２内の温度を調節するだけで組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができる。このため、上記従来技術のように、乾燥器から電気炉へ移し替える必要がなく、また、乾燥器と電気炉のそれぞれで組成の設定を行う必要がない。
【００２２】
また、リン酸塩ガラスに要求される縮合度に応じた縮合部１８ｃの長さｓ１を基準にして脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの好適な長さｓ２を設定したので、縮合部１８ｃの長さｓ１を設定すると、脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの好ましい合計の長さｓ２が決定される。このため、溶融炉本体１２の設計が容易となる。
【００２３】
また、原料通路１８を原料投入口１９から製品出口２２に向かって低くなるように形成したので、原料通路１８内の溶融原料が原料投入口１９から製品出口２２に向かってより円滑に流れる。このため、原料通路１８内の原料がより迅速に溶融炉本体１２外に流れ出るので、組成の異なるリン酸塩ガラスの切替をより容易に行うことができる。
【００２４】
さらに、溶融炉本体１２の原料投入口１９よりも基端側に、原料通路１８よりも高い位置に設けられ、原料通路１８に連通する排気通路２６を有し、原料通路１８から排気通路２６に入る熱を蓄える蓄熱部１３を備えた。このため、原料通路１８から排気通路２６に入る熱が蓄熱部１３に蓄えられ、脱水部１８ａの温度が安定する。従って、脱水部１８ａにおいて原料から蒸発する水分量が一定になるので、リン酸塩ガラスの組成が安定化する。
【実施例】
【００２５】
以上のように構成された連続式溶融炉１０を用いてリン酸塩ガラスを製造した実施例１〜７について説明する。
各実施例１〜７は、原料、溶融炉本体１２内温度又は原料投入量が異なり、製造されるリン酸ナトリウム（又はカリウム）の組成が異なる。すなわち、原料として、ナトリウム（又はカリウム）とリンのモル比ｒが異なるものが用いられている。そして、この各実施例１〜７において製造されたリン酸塩ガラスの、ｐＨ、Ｐ2Ｏ5（五酸化リン）の質量％及び平均鎖長を周知の測定方法により測定し、上記条件の違いに応じたリン酸塩ガラスの組成の変化を評価した。また、各実施例１〜７間で、原料を切り替えた直後に製造したリン酸塩ガラスの組成を評価した。
【００２６】
（実施例１）
バーナー１６の火力を調節し、第１温度ｔ１を７２０℃、第２温度ｔ２を４４０℃に調整してこの各温度を１時間保持した。
【００２７】
リン酸塩ガラスの原料として４８質量％水酸化ナトリウムと７５質量％リン酸（Ｈ3ＰＯ4）とからＮａ／Ｐモル比ｒ＝１に調整した５３質量％リン酸２水素ナトリウムを生成させ、これを用いた。
【００２８】
そして、５３質量％リン酸２水素ナトリウムを、１５０ｋｇ／ｈの割合で原料投入口１９から溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後、製品出口２２から溶融物が流れ出した。製品出口２２から流れ出す溶融物を、図示しない周知のステンレス製冷却機で冷却・固化し、メタリン酸ナトリウム（（ＮａＰＯ3）n）の固体ガラスを得た。
【００２９】
得られた固体ガラスを１時間焼成し、焼成後のメタリン酸ナトリウムから試料１−１を採取した。試料１−１の平均鎖長ｎは、ｎ＝１６であった。順次得られる溶融物から、同様にして２時間間隔で試料１−２〜１−５を採取した。試料１−２〜１−５の平均鎖長は、ｎ＝１３又は１４であった。
【００３０】
（実施例２）
上記実施例１で試料１−５を採取した後、５３質量％リン酸２水素ナトリウムの投入を終了し、その後１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３１】
次に、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に調節した。この状態で、実施例１の原料と同じＮａ／Ｐモル比ｒ＝１の５３質量％リン酸２水素ナトリウムを、２００ｋｇ／ｈの割合で原料投入口１９から溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後、製品出口２２から溶融物が流れ出した。溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料２−１〜２−３を採取した。さらに、試料２−３を採取した時点より、２時間間隔で試料２−４〜２−７を採取した。
【００３２】
この実施例２では、溶融炉本体１２内の温度を実施例１よりも高く設定したことにより、より縮合度の高い（ｎ＝３５〜３８）メタリン酸ナトリウムが得られた。
（実施例３）
上記実施例２で試料２−７を採取した後、５３質量％リン酸２水素ナトリウムの投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３３】
そして、４８質量％水酸化ナトリウムと７５質量％リン酸とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４に調節した５０質量％溶液を生成させ、これを原料として用いた。この５０質量％溶液を２００ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後に、ポリリン酸ナトリウム（Ｎａ6Ｐ4Ｏ13）の溶融物が製品出口２２から流れ出した。
【００３４】
溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料３−１〜３−３を採取した。さらに、試料３−３を採取した時点より、２時間間隔で試料３−４〜３−７を採取した。
【００３５】
（実施例４）
上記実施例３で試料３−７を採取した後、前記５０質量％溶液の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３６】
そして、イノシトール（糖アルコール）製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム１２水和物と、７５質量％リン酸とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４に調整した４２質量％溶液を生成させ、これを原料として用いた。この４２質量％溶液を、２５０ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料投入開始時点から約１０分経過後に、溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。
【００３７】
溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料４−１〜４−３を採取した。さらに、試料４−３を採取した時点より、２時間間隔で試料４−４〜４−７を採取した。
【００３８】
（実施例５）
上記実施例４で試料４−７を採取した後、前記４２質量％溶液の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３９】
次に、第１温度ｔ１を１０００℃、第２温度ｔ２を６５０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。原料として、イノシトール製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム１２水和物と、電子工業での使用済み洗浄リン酸液（リン酸６０質量％、酢酸２質量％、硝酸４質量％）とで、Ｎａ／Ｐモル比ｒ＝５／３に調整した３９質量％溶液を用いた。この３９質量％溶液を、３００ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２に連続投入した。原料の投入開始時点から約１５分経過後、トリポリリン酸ナトリウム（Ｎａ5Ｐ3Ｏ10）の溶融物が製品出口２２から流れ出した。この溶融物は、透明であった。また、冷却により固化した溶融物は、白色に結晶化した。
【００４０】
溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料５−１〜５−３を採取した。さらに、試料５−３を採取した時点より、２時間間隔で試料５−４〜５−７を採取した。
【００４１】
（実施例６）
上記実施例５で試料５−７を採取した後、３９質量％溶液の投入を終了し、１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出した。その後、バーナー１６の運転を停止し、溶融炉本体１２を冷却した。冷却後、原料投入口１９を４０×４０ｃｍに拡げ、粉体の原料を溶融炉本体１２内に投入できるようにした。
【００４２】
次に、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。原料として、イノシトール製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム７水和物とリン酸２水素ナトリウム無水物とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４になる配合比で混合した粉末原料を用いた。
【００４３】
粉末原料を所定量だけ溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料を投入後、約５分経過した時点から、透明な溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。そして、投入した原料が溶融する度に、所定量の原料を追加投入する作業を繰り返した。
【００４４】
溶融物が溶融炉本体１２から最初に流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料６−１〜６−３を採取した。さらに、試料６−３を採取した時点より、２時間間隔で試料６−４〜６−７を採取した。
【００４５】
（実施例７）
上記実施例６で試料６−７を採取した後、前記粉末原料の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に保持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００４６】
次に、第１温度ｔ１を９８０℃、第２温度ｔ２を６３０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。粉末原料として、リン酸２水素カリウム無水物を用いた。その粉末原料を所定量だけ溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料を投入後、約１０分経過した時点から、白色の溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。そして、投入した原料が溶融する度に、所定量の原料を追加投入する作業を繰り返した。
【００４７】
リン酸カリウム（ＫＰＯ3）ｎ（ｎ＝∞）の溶融物が溶融炉本体１２から最初に流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料７−１〜７−３を採取した。さらに、試料７−３を採取した時点より、２時間間隔で試料７−４〜７−７を採取した。
【００４８】
以上の各実施例１〜７において得られたリン酸塩ガラスの試料について、ｐＨ、Ｐ2Ｏ5の質量％、及び、平均鎖長を測定した結果を、表１に示す。この結果から、下記のような結論が得られる。
【００４９】
【表１】
実施例１，２において製造されたメタリン酸ナトリウムの平均鎖長の結果から明らかなように、メタリン酸ナトリウムについては、炉内温度を変更するだけで縮合度の異なる製品を製造することができる。
【００５０】
また、実施例２においてメタリン酸ナトリウムを製造するための原料の投入を終了し、溶融炉本体１２内の溶融物を流れ出させた後、実施例３においてポリリン酸ナトリウムを製造するための原料を投入したときに、数１００ｋｇの切替損失ですんだ。
【００５１】
実施例４，５における各試料のデータから明らかなように、イノシトール製造業の副産物であるリン酸塩や、電子工業での使用済みリン酸を原料に用いても、安定した組成のポリリン酸ナトリウムを製造することができた。
【００５２】
実施例４，６の各試料のデータから明らかなように、スラリー状の原料からできた製品と、粉末状の原料からできた製品とで、Ｐ2Ｏ5の質量％に差がないことから、溶融状態の原料から蒸発するリン酸の量が抑制されたことが確認できた。
【００５３】
実施例６，７における各試料のデータから明らかなように、粉末原料からでも、安定した組成のポリリン酸ナトリウムを製造することができた。実施例７では、ナトリウムをカリウムに無駄なく、容易に入れ替えることができた。
【００５４】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 蓄熱部１３を設けず、原料投入口１９より基端側における溶融炉本体１２内の空間の断面積を基端側ほど小さくなるように構成する。
【００５５】
・ 縮合部１８ｃと製品出口２２との間における傾斜を、脱水部１８ａ、溶融部１８ｂ及び縮合部１８ｃの傾斜よりも大きくする。この場合には、製品となった溶融状態のリン酸塩ガラスが溶融炉本体１２から外部に排出され易くなり、製造する製品の切替をより容易に行うことができる。
【００５６】
更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
（１） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉において、前記加熱装置は、前記溶融炉本体の先端に設けられ、溶融炉本体内の縮合部、溶融部から脱水部に向けて加熱ガスを供給することを特徴とするリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。このような構成によれば、１つの加熱装置のみで、脱水部、溶融部及び縮合部をそれぞれに好適な温度にすることができる。
【００５７】
（２） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を用いたリン酸塩ガラスの製造方法であって、前記溶融炉本体に第１組成の原料を投入し、第１組成の原料の投入終了後に第１組成の原料から生成されたリン酸塩ガラスが溶融炉本体内から排出された後、第１組成とは異なる第２組成の原料を溶融炉本体に投入することを特徴とするリン酸塩ガラスの製造方法。このような構成によれば、第１組成の原料と第２組成の原料とが混じり合った原料から生成される無用なリン酸塩ガラスの量がより少なくなるため、組成の異なるリン酸塩ガラスを製造するときの切替をより一層迅速に行うことができる。
【００５８】
（３） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を用いたリン酸塩ガラスの製造方法であって、前記溶融炉本体内の温度を第１の温度に設定した状態で溶融炉本体に所定組成の原料を投入し、この原料の投入終了後にこの原料から生成されたリン酸塩ガラスが溶融炉本体内から排出された後、溶融炉本体内の温度を前記所定第１の温度とは異なる第２の温度に設定し、この状態で前記所定組成の原料を溶融炉本体内に再び投入してリン酸塩ガラスを生成することを特徴とするリン酸塩ガラスの製造方法。このような構成によれば、溶融炉本体内の温度を変更するだけで、縮合度の異なるリン酸塩ガラスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は一実施形態の連続式溶融炉を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における１ｂ−１ｂ線断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０…連続式溶融炉、１２…溶融炉本体、１３…蓄熱部、１６…加熱装置としてのバーナー、１８…原料通路、１８ａ…脱水部、１８ｂ…溶融部、１８ｃ…縮合部、１９…原料投入口、２２…製品出口、２６…排気通路、ｒ…モル比、ｓ１…（縮合部の）長さ、ｓ２…（脱水部及び溶融部の）合計長さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種食品の添加物として用いられるリン酸塩ガラスの連続式溶融炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リン酸塩ガラスの製造方法としては、例えば特許文献１に開示されるものがある。この製造方法においては、まず、含水リン酸原料と他の原料とを混合したスラリー状の原料混合物を乾燥器で約１３０℃に一週間保持してケーキ状にする。次に、この原料を電気炉により３００℃で５時間熱処理した後、１３００℃で３時間溶融して均一な溶融液とする。そして、この溶融液を急冷することでガラスとしている。
【特許文献１】特開平１１−７９７５３号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の製造方法では、乾燥器から電気炉へ原料を移し替える必要があり、また、乾燥器と電気炉のそれぞれにおいて原料の組成を設定する必要があるため、連続製造が困難であり、また、組成変更が面倒である。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、リン酸塩ガラスの原料からリン酸塩ガラスを連続製造できるとともに、組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができるリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、筒状をなす溶融炉本体を有し、同溶融炉本体の基端側上部に原料投入口を備え、先端側下部に製品出口を備え、前記原料投入口から前記溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料を加熱する加熱装置を備え、前記溶融炉本体内において原料投入口から製品出口に向かう原料通路には、前記加熱装置により原料を加熱脱水する脱水部と、脱水された原料を加熱溶融する溶融部と、溶融された原料を縮合させる縮合部とを順に設けたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記脱水部及び溶融部の原料通路に沿った合計の長さは、前記縮合部の長さの０．５〜１．０倍に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記原料通路は、原料投入口から製品出口に向かって低くなるように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記溶融炉本体の原料投入口より基端側には、原料通路よりも高い位置に設けられ、原料通路に連通する排気通路を有し、原料通路から排気通路に入る熱を蓄える蓄熱部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、原料投入口から溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料は、まず、脱水部において加熱されることでその水分の一部が蒸発によって除去される。水分の一部が除去された原料は、次に、溶融部において加熱されることで溶融される。溶融された原料は、次に、縮合部において縮合反応し、縮合の程度に応じたリン酸塩ガラスとなる。このとき、原料投入口から溶融炉本体内に投入された原料は溶融され、筒状をなす溶融炉本体の原料通路に沿って原料投入口側から製品出口側に向かって流れ、製品出口から炉外に流れ出る。また、縮合部における温度や通過時間に応じて縮合度が変化する。従って、リン酸塩ガラスの原料からリン酸塩ガラスを連続製造できるとともに、組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、リン酸塩ガラスに要求される縮合度に応じた縮合部の長さを設定すると、脱水部及び溶融部の好ましい合計の長さが決定される。
請求項３に記載の発明によれば、原料通路内の溶融原料が原料投入口から製品出口に向かってより円滑に流れるので、原料通路内の原料がより一層迅速に炉外に流れ出る。このため、組成の異なるリン酸塩ガラスをより容易に製造することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、原料通路から排気通路に入る熱が蓄熱部に蓄えられるので、脱水部の温度が安定する。このため、脱水部において原料から蒸発する水の量が一定になるので、リン酸塩ガラスの組成がより安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を具体化した一実施形態を図１に従って説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の連続式溶融炉１０は、横方向に延びる筒状をなし、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）質レンガで形成された溶融炉本体１２を備えている。溶融炉本体１２は、左右より上下に長い四角筒状で延びるように形成されている。溶融炉本体１２の基端側上部にはリン酸塩ガラスの原料を投入する原料投入口１９が設けられ、また、その先端側下部には製品としてのリン酸塩ガラスを取り出す製品出口２２が設けられている。溶融炉本体１２の底部、すなわち、原料が移動する原料通路１８は、原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって徐々に低くなるように斜めに形成されている。この傾斜は、例えば水平方向の距離３ｍ当たりに高さが１０ｃｍ変化する大きさであるが、この傾斜より小さくても、また、大きくてもかまわない。
【００１３】
原料との接触部となる原料通路１８上には、原料投入口１９から製品出口２２に向かって、原料を加熱脱水するための脱水部１８ａと、脱水された原料を加熱溶融する溶融部１８ｂと、溶融された原料を縮合させる縮合部１８ｃとが順に設けられている。脱水部１８ａに対応する溶融炉本体１２の底部及び両側壁下部の最外部は、溶融原料がレンガ目地から浸出することを防止するためのステンレス鋼板２０によって形成されている。また、溶融部１８ｂ及び縮合部１８ｃに対応する溶融炉本体１２の底部及び両側壁下部の最外部は、ジルコン質レンガを冷却してリン酸塩ガラスの浸食によるジルコン質レンガの腐食を防止するための冷却パッド２１によって形成されている。
【００１４】
縮合部１８ｃの原料通路１８に沿った長さは、所定温度に加熱された溶融原料が縮合部１８ｃを通過する間に所望の縮合度のリン酸塩ガラスとなるように設定されている。そして、脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの原料通路１８に沿った合計の長さｓ２は、縮合部１８ｃの長さｓ１を基準としてその０．５〜１．０倍の大きさ（ｓ２＝（０．５〜１．０）×ｓ１）に設定されている。また、溶融炉本体１２の幅ｗは、縮合部１８ｃの長さｓ１の１／８〜１／５倍の大きさ（ｗ＝（１／８〜１／５）×ｓ１）に設定されている。なお、溶融炉本体１２内の高さｈは、同幅ｗの３〜５倍の大きさ（ｈ＝（３〜５）×ｗ）とされている。
【００１５】
また、溶融炉本体１２の先端には、溶融炉本体１２内に炎とともに加熱ガスを供給するバーナー（加熱装置）１６が設けられている。バーナー１６は、火力の大きさを調節可能である。なお、このバーナー１６に加えて、溶融炉本体１２の中間部に補助バーナーを設けてもよい。
【００１６】
溶融炉本体１２の原料投入口１９よりも基端側には、原料通路１８よりも高い位置に設けられ、原料通路１８に連通する排気通路２６を有し、原料通路１８から排気通路２６に入る熱を蓄える蓄熱部１３が備えられている。蓄熱部１３には、排気通路２６に続くエアチャンバ１５と、このエアチャンバ１５に続く煙突１７とが設けられている。そして、蓄熱部１３の排気通路２６には、バーナー１６から溶融炉本体１２内に供給され、縮合部１８ｃ、溶融部１８ｂ及び脱水部１８ａを順に通過した加熱ガスが入る。排気通路２６に入った加熱ガスは、排気通路２６からエアチャンバ１５に入り、エアチャンバ１５の天部、側壁部及び底部を加熱した後、ガス化された状態で煙突１７から炉外に排出される。なお、蓄熱部１３の排気通路２６は、原料通路１８よりも高い位置において原料通路１８に連通しているので、原料通路１８の溶融原料が排気通路２６に入らない。
【００１７】
上記連続式溶融炉１０においては、ミキサー２３から原料投入口１９を通じて溶融炉本体１２内に、スラリー状の原料が所定の投入量で連続的に投入される。また、粉体状の原料も、原料投入口１９から投入することができる。
【００１８】
リン酸塩ガラスの原料としては、アルカリ金属原料とリン原料とを、リンに対するアリカリのモル比ｒが２．０＞ｒ＞０．１の範囲内となるように調合されたものを用いることができる。モル比ｒが１．７＞ｒ＞０．９の範囲内であれば、より安定した組成のリン酸塩ガラスを製造することができる。アルカリ金属原料としては、リチウム、ナトリウム又はカリウムの炭酸塩や水酸化物を用いることができる。リン原料としては、精製リン酸や、電気・電子工業における使用済み洗浄リン酸を用いることができる。また、アルカリ金属原料及びリン原料として、リン酸塩や、リン酸・リン酸塩工業、イノシトール製造工業又は食品工業における副生産物のリン酸塩を用いることもできる。
【００１９】
以上のように構成された連続式溶融炉１０においては、原料に応じてバーナー１６の火力が調節され、第１温度計２４によって測定される原料通路１８上方の温度（以下、第１温度ｔ１という。）と、第２温度計２５によって測定されるエアチャンバ１５内の温度（以下、第２温度ｔ２という。）とが調整される。第１温度ｔ１及び第２温度ｔ２は、溶融炉本体１２内の温度が６００℃以上となるように調節される。溶融炉本体１２内における温度分布は、製品出口２２側から原料投入口１９に向かって徐々に低くなる。すなわち、縮合部１８ｃの温度は溶融部１８ｂの温度よりも高く、溶融部１８ｂの温度は脱水部１８ａの温度よりも高くなる。そして、脱水部１８ａは、リン酸塩ガラスの原料を溶融させず、原料中の水分の一部を蒸発させる温度に調節され、溶融部１８ｂは、原料を溶融させる温度に調節される。また、縮合部１８ｃは、原料を溶融状態に維持して縮合を促進させる温度に調節される。
【００２０】
さて、原料投入口１９から溶融炉本体１２に投入されたリン酸塩ガラスの原料は、まず、脱水部１８ａにおいて加熱されることで脱水反応を起こし、その水分の一部が蒸発によって除去される。このとき、溶融炉本体１２内に吹き込まれるバーナー１６の炎が脱水部１８ａの原料に直接接するため、水分が短時間で除去される。また、加熱ガスにより、原料中に含まれる有機物が燃焼気化する。なお、脱水部１８ａにおける温度は、蓄熱部１３により安定した温度に維持される。このため、脱水部１８ａにおいて除去される水分量が安定し、原料中の水分量が安定する。水分の一部が除去された原料は、次に、溶融部１８ｂにおいて加熱されることで溶融される。溶融された原料は、次に、縮合部１８ｃにおいて加熱されることで縮合反応し、縮合の程度に応じたリン酸塩ガラスとなる。このとき、原料投入口１９から溶融炉本体１２内に投入された原料は、筒状をなす溶融炉本体１２の原料通路１８に沿って溜まることなく流れ、製品出口２２から溶融炉本体１２外に流れ出す。溶融炉本体１２外に出た溶融原料は、図示しない周知の冷却機によって冷却され、固化してリン酸塩ガラスとなる。このリン酸塩ガラスは、粉砕され、粉末状の製品とされる。
【００２１】
以上詳述した実施形態の連続式溶融炉１０によれば、原料投入口１９から溶融炉本体１２内に投入されたリン酸塩ガラスの原料は溶融され、筒状の溶融炉本体１２の原料通路１８に沿って原料投入口１９側から製品出口２２側に向かって流れ、製品出口２２から炉外に流れ出る。このとき、縮合部１８ｃにおける温度や通過時間に応じて縮合度が変化する。従って、リン酸塩原料から製品ガラスを連続製造できるとともに、溶融炉本体１２内の温度を調節するだけで組成の異なるリン酸塩ガラスを容易に製造することができる。このため、上記従来技術のように、乾燥器から電気炉へ移し替える必要がなく、また、乾燥器と電気炉のそれぞれで組成の設定を行う必要がない。
【００２２】
また、リン酸塩ガラスに要求される縮合度に応じた縮合部１８ｃの長さｓ１を基準にして脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの好適な長さｓ２を設定したので、縮合部１８ｃの長さｓ１を設定すると、脱水部１８ａ及び溶融部１８ｂの好ましい合計の長さｓ２が決定される。このため、溶融炉本体１２の設計が容易となる。
【００２３】
また、原料通路１８を原料投入口１９から製品出口２２に向かって低くなるように形成したので、原料通路１８内の溶融原料が原料投入口１９から製品出口２２に向かってより円滑に流れる。このため、原料通路１８内の原料がより迅速に溶融炉本体１２外に流れ出るので、組成の異なるリン酸塩ガラスの切替をより容易に行うことができる。
【００２４】
さらに、溶融炉本体１２の原料投入口１９よりも基端側に、原料通路１８よりも高い位置に設けられ、原料通路１８に連通する排気通路２６を有し、原料通路１８から排気通路２６に入る熱を蓄える蓄熱部１３を備えた。このため、原料通路１８から排気通路２６に入る熱が蓄熱部１３に蓄えられ、脱水部１８ａの温度が安定する。従って、脱水部１８ａにおいて原料から蒸発する水分量が一定になるので、リン酸塩ガラスの組成が安定化する。
【実施例】
【００２５】
以上のように構成された連続式溶融炉１０を用いてリン酸塩ガラスを製造した実施例１〜７について説明する。
各実施例１〜７は、原料、溶融炉本体１２内温度又は原料投入量が異なり、製造されるリン酸ナトリウム（又はカリウム）の組成が異なる。すなわち、原料として、ナトリウム（又はカリウム）とリンのモル比ｒが異なるものが用いられている。そして、この各実施例１〜７において製造されたリン酸塩ガラスの、ｐＨ、Ｐ2Ｏ5（五酸化リン）の質量％及び平均鎖長を周知の測定方法により測定し、上記条件の違いに応じたリン酸塩ガラスの組成の変化を評価した。また、各実施例１〜７間で、原料を切り替えた直後に製造したリン酸塩ガラスの組成を評価した。
【００２６】
（実施例１）
バーナー１６の火力を調節し、第１温度ｔ１を７２０℃、第２温度ｔ２を４４０℃に調整してこの各温度を１時間保持した。
【００２７】
リン酸塩ガラスの原料として４８質量％水酸化ナトリウムと７５質量％リン酸（Ｈ3ＰＯ4）とからＮａ／Ｐモル比ｒ＝１に調整した５３質量％リン酸２水素ナトリウムを生成させ、これを用いた。
【００２８】
そして、５３質量％リン酸２水素ナトリウムを、１５０ｋｇ／ｈの割合で原料投入口１９から溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後、製品出口２２から溶融物が流れ出した。製品出口２２から流れ出す溶融物を、図示しない周知のステンレス製冷却機で冷却・固化し、メタリン酸ナトリウム（（ＮａＰＯ3）n）の固体ガラスを得た。
【００２９】
得られた固体ガラスを１時間焼成し、焼成後のメタリン酸ナトリウムから試料１−１を採取した。試料１−１の平均鎖長ｎは、ｎ＝１６であった。順次得られる溶融物から、同様にして２時間間隔で試料１−２〜１−５を採取した。試料１−２〜１−５の平均鎖長は、ｎ＝１３又は１４であった。
【００３０】
（実施例２）
上記実施例１で試料１−５を採取した後、５３質量％リン酸２水素ナトリウムの投入を終了し、その後１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３１】
次に、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に調節した。この状態で、実施例１の原料と同じＮａ／Ｐモル比ｒ＝１の５３質量％リン酸２水素ナトリウムを、２００ｋｇ／ｈの割合で原料投入口１９から溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後、製品出口２２から溶融物が流れ出した。溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料２−１〜２−３を採取した。さらに、試料２−３を採取した時点より、２時間間隔で試料２−４〜２−７を採取した。
【００３２】
この実施例２では、溶融炉本体１２内の温度を実施例１よりも高く設定したことにより、より縮合度の高い（ｎ＝３５〜３８）メタリン酸ナトリウムが得られた。
（実施例３）
上記実施例２で試料２−７を採取した後、５３質量％リン酸２水素ナトリウムの投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３３】
そして、４８質量％水酸化ナトリウムと７５質量％リン酸とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４に調節した５０質量％溶液を生成させ、これを原料として用いた。この５０質量％溶液を２００ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２内に連続投入した。原料投入開始時点から約１０分経過後に、ポリリン酸ナトリウム（Ｎａ6Ｐ4Ｏ13）の溶融物が製品出口２２から流れ出した。
【００３４】
溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料３−１〜３−３を採取した。さらに、試料３−３を採取した時点より、２時間間隔で試料３−４〜３−７を採取した。
【００３５】
（実施例４）
上記実施例３で試料３−７を採取した後、前記５０質量％溶液の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３６】
そして、イノシトール（糖アルコール）製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム１２水和物と、７５質量％リン酸とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４に調整した４２質量％溶液を生成させ、これを原料として用いた。この４２質量％溶液を、２５０ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料投入開始時点から約１０分経過後に、溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。
【００３７】
溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料４−１〜４−３を採取した。さらに、試料４−３を採取した時点より、２時間間隔で試料４−４〜４−７を採取した。
【００３８】
（実施例５）
上記実施例４で試料４−７を採取した後、前記４２質量％溶液の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に維持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００３９】
次に、第１温度ｔ１を１０００℃、第２温度ｔ２を６５０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。原料として、イノシトール製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム１２水和物と、電子工業での使用済み洗浄リン酸液（リン酸６０質量％、酢酸２質量％、硝酸４質量％）とで、Ｎａ／Ｐモル比ｒ＝５／３に調整した３９質量％溶液を用いた。この３９質量％溶液を、３００ｋｇ／ｈの割合で溶融炉本体１２に連続投入した。原料の投入開始時点から約１５分経過後、トリポリリン酸ナトリウム（Ｎａ5Ｐ3Ｏ10）の溶融物が製品出口２２から流れ出した。この溶融物は、透明であった。また、冷却により固化した溶融物は、白色に結晶化した。
【００４０】
溶融物が流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料５−１〜５−３を採取した。さらに、試料５−３を採取した時点より、２時間間隔で試料５−４〜５−７を採取した。
【００４１】
（実施例６）
上記実施例５で試料５−７を採取した後、３９質量％溶液の投入を終了し、１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出した。その後、バーナー１６の運転を停止し、溶融炉本体１２を冷却した。冷却後、原料投入口１９を４０×４０ｃｍに拡げ、粉体の原料を溶融炉本体１２内に投入できるようにした。
【００４２】
次に、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。原料として、イノシトール製造工業の副産物であるリン酸水素ナトリウム７水和物とリン酸２水素ナトリウム無水物とでＮａ／Ｐモル比ｒ＝６／４になる配合比で混合した粉末原料を用いた。
【００４３】
粉末原料を所定量だけ溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料を投入後、約５分経過した時点から、透明な溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。そして、投入した原料が溶融する度に、所定量の原料を追加投入する作業を繰り返した。
【００４４】
溶融物が溶融炉本体１２から最初に流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料６−１〜６−３を採取した。さらに、試料６−３を採取した時点より、２時間間隔で試料６−４〜６−７を採取した。
【００４５】
（実施例７）
上記実施例６で試料６−７を採取した後、前記粉末原料の投入を終了し、第１温度ｔ１を８５０℃、第２温度ｔ２を５８０℃に保持したまま１時間空運転して溶融炉本体１２内の溶融物を全て流し出させた。
【００４６】
次に、第１温度ｔ１を９８０℃、第２温度ｔ２を６３０℃に調整して、この各温度を１時間保持した。粉末原料として、リン酸２水素カリウム無水物を用いた。その粉末原料を所定量だけ溶融炉本体１２内に投入した。この結果、原料を投入後、約１０分経過した時点から、白色の溶融物が溶融炉本体１２から流れ出した。そして、投入した原料が溶融する度に、所定量の原料を追加投入する作業を繰り返した。
【００４７】
リン酸カリウム（ＫＰＯ3）ｎ（ｎ＝∞）の溶融物が溶融炉本体１２から最初に流れ出した時点から３０分経過した時点より、２０分間隔で試料７−１〜７−３を採取した。さらに、試料７−３を採取した時点より、２時間間隔で試料７−４〜７−７を採取した。
【００４８】
以上の各実施例１〜７において得られたリン酸塩ガラスの試料について、ｐＨ、Ｐ2Ｏ5の質量％、及び、平均鎖長を測定した結果を、表１に示す。この結果から、下記のような結論が得られる。
【００４９】
【表１】
実施例１，２において製造されたメタリン酸ナトリウムの平均鎖長の結果から明らかなように、メタリン酸ナトリウムについては、炉内温度を変更するだけで縮合度の異なる製品を製造することができる。
【００５０】
また、実施例２においてメタリン酸ナトリウムを製造するための原料の投入を終了し、溶融炉本体１２内の溶融物を流れ出させた後、実施例３においてポリリン酸ナトリウムを製造するための原料を投入したときに、数１００ｋｇの切替損失ですんだ。
【００５１】
実施例４，５における各試料のデータから明らかなように、イノシトール製造業の副産物であるリン酸塩や、電子工業での使用済みリン酸を原料に用いても、安定した組成のポリリン酸ナトリウムを製造することができた。
【００５２】
実施例４，６の各試料のデータから明らかなように、スラリー状の原料からできた製品と、粉末状の原料からできた製品とで、Ｐ2Ｏ5の質量％に差がないことから、溶融状態の原料から蒸発するリン酸の量が抑制されたことが確認できた。
【００５３】
実施例６，７における各試料のデータから明らかなように、粉末原料からでも、安定した組成のポリリン酸ナトリウムを製造することができた。実施例７では、ナトリウムをカリウムに無駄なく、容易に入れ替えることができた。
【００５４】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 蓄熱部１３を設けず、原料投入口１９より基端側における溶融炉本体１２内の空間の断面積を基端側ほど小さくなるように構成する。
【００５５】
・ 縮合部１８ｃと製品出口２２との間における傾斜を、脱水部１８ａ、溶融部１８ｂ及び縮合部１８ｃの傾斜よりも大きくする。この場合には、製品となった溶融状態のリン酸塩ガラスが溶融炉本体１２から外部に排出され易くなり、製造する製品の切替をより容易に行うことができる。
【００５６】
更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
（１） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉において、前記加熱装置は、前記溶融炉本体の先端に設けられ、溶融炉本体内の縮合部、溶融部から脱水部に向けて加熱ガスを供給することを特徴とするリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。このような構成によれば、１つの加熱装置のみで、脱水部、溶融部及び縮合部をそれぞれに好適な温度にすることができる。
【００５７】
（２） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を用いたリン酸塩ガラスの製造方法であって、前記溶融炉本体に第１組成の原料を投入し、第１組成の原料の投入終了後に第１組成の原料から生成されたリン酸塩ガラスが溶融炉本体内から排出された後、第１組成とは異なる第２組成の原料を溶融炉本体に投入することを特徴とするリン酸塩ガラスの製造方法。このような構成によれば、第１組成の原料と第２組成の原料とが混じり合った原料から生成される無用なリン酸塩ガラスの量がより少なくなるため、組成の異なるリン酸塩ガラスを製造するときの切替をより一層迅速に行うことができる。
【００５８】
（３） 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉を用いたリン酸塩ガラスの製造方法であって、前記溶融炉本体内の温度を第１の温度に設定した状態で溶融炉本体に所定組成の原料を投入し、この原料の投入終了後にこの原料から生成されたリン酸塩ガラスが溶融炉本体内から排出された後、溶融炉本体内の温度を前記所定第１の温度とは異なる第２の温度に設定し、この状態で前記所定組成の原料を溶融炉本体内に再び投入してリン酸塩ガラスを生成することを特徴とするリン酸塩ガラスの製造方法。このような構成によれば、溶融炉本体内の温度を変更するだけで、縮合度の異なるリン酸塩ガラスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は一実施形態の連続式溶融炉を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における１ｂ−１ｂ線断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０…連続式溶融炉、１２…溶融炉本体、１３…蓄熱部、１６…加熱装置としてのバーナー、１８…原料通路、１８ａ…脱水部、１８ｂ…溶融部、１８ｃ…縮合部、１９…原料投入口、２２…製品出口、２６…排気通路、ｒ…モル比、ｓ１…（縮合部の）長さ、ｓ２…（脱水部及び溶融部の）合計長さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなす溶融炉本体を有し、同溶融炉本体の基端側上部に原料投入口を備え、先端側下部に製品出口を備え、前記原料投入口から前記溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料を加熱する加熱装置を備え、前記溶融炉本体内において原料投入口から製品出口に向かう原料通路には、前記加熱装置により原料を加熱脱水する脱水部と、脱水された原料を加熱溶融する溶融部と、溶融された原料を縮合させる縮合部とを順に設けたことを特徴とするリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項２】
前記脱水部及び溶融部の原料通路に沿った合計の長さは、前記縮合部の長さの０．５〜１．０倍に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項３】
前記原料通路は、原料投入口から製品出口に向かって低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項４】
前記溶融炉本体の原料投入口より基端側には、原料通路よりも高い位置に設けられ、原料通路に連通する排気通路を有し、原料通路から排気通路に入る熱を蓄える蓄熱部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項１】
筒状をなす溶融炉本体を有し、同溶融炉本体の基端側上部に原料投入口を備え、先端側下部に製品出口を備え、前記原料投入口から前記溶融炉本体内に投入されたリン酸塩ガラスの原料を加熱する加熱装置を備え、前記溶融炉本体内において原料投入口から製品出口に向かう原料通路には、前記加熱装置により原料を加熱脱水する脱水部と、脱水された原料を加熱溶融する溶融部と、溶融された原料を縮合させる縮合部とを順に設けたことを特徴とするリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項２】
前記脱水部及び溶融部の原料通路に沿った合計の長さは、前記縮合部の長さの０．５〜１．０倍に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項３】
前記原料通路は、原料投入口から製品出口に向かって低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【請求項４】
前記溶融炉本体の原料投入口より基端側には、原料通路よりも高い位置に設けられ、原料通路に連通する排気通路を有し、原料通路から排気通路に入る熱を蓄える蓄熱部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のリン酸塩ガラスの連続式溶融炉。
【図１】
【公開番号】特開２００６−１４３５１０（Ｐ２００６−１４３５１０Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３４０４３（Ｐ２００４−３３４０４３）
【出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９１０４０５５７）太平化学産業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９１０４０５５７）太平化学産業株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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