JPH0297666A

JPH0297666A - 金属蒸気発生装置

Info

Publication number: JPH0297666A
Application number: JP24982288A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamamoto; 徹山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1990-04-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、電子銃を用いて金属を溶解し蒸気を生成する
金属蒸気発生装置に関する。

（従来の技術）従来の金属蒸気発生装置においては、るつぼ内に供試蒸
発金属を置き、電子銃により加速されたエレクトロンを
磁場で偏向し、供試蒸発金属に衝突させたときのエネル
ギーを加熱源とする金属蒸気発生装置が従来より用いら
れてきた。第３図はその一例として示したもので、タン
グステン等でできたフィラメント１に電流を流して加熱
し、放出されたエレクトロン５はマイナスバイアスのつ
ェーネルド電極２とアース電位のアノード電極３との間
で加速され電子銃ユニット４より飛び出す。

飛び出したエレクトロン５φその後へルムホルツコイル
（図示せず）等によって作られた磁場６によって円軌道
に偏向され、るつぼ７内に置かれた供試蒸発金属８にぶ
つけられ、その運動エネルギーが熱エネルギーに変換さ
れる。供試蒸発金属８が充分に加熱されると、るつぼ７
内で溶融状態となり、金属蒸気１１を発生する。この際
、るつぼ７は冷却管１０によって冷却される。

（発明が解決しようとする課題）上記のように、従来の技術ではエレクトロン５が供試蒸
発金属８に衝突する加熱中心９と冷却されているるつぼ
７との間に大きな温度差が生ずるため、るつぼ７内で対
流が起きる。第４図はその一例を示したもので、大きな
対流１４はエレクトロン５によって、供試蒸発金属８の
液面上に生じた加熱中心９より、冷却管１０　（図示せ
ず）により充分冷却されたるつぼ側面１２に向かって液
面に沿って流れ、るつぼ側面１２に到達すると、下方に
まわすこみ再度加熱中心９に向かって流れる。また、る
つぼ底面１３付近ではこの流れのせん断と温度差により
、小さな対流１５が生ずる。なおこれら対流はつねに加
熱中心９を軸に、るつぼ側面１２方向に左右対称となる
。このように対流が生ずると、溶融金属内の熱伝達は、
伝導よりも対流が支配的となる。今、対流の大きさを表
わす無次元数としてヌセルト数を用いると、同じ量の金
属蒸気１１を得るための電子銃による必要加熱エネルギ
ーは、ヌセル数に正比例する。従来の技術における金属
蒸気発生装置では、特にこのヌセルト数が５〜８８度と
なるため、電子銃容量が極端に大きくとる必要があると
いう問題があった。また、供試蒸発金属８が、腐蝕性の
強い金属の場合、対流によって高温の溶融金属がるつぼ
側面１２に接するために、るつぼ壁が除々に浸蝕され溶
融金属がもれだしたり、また冷却管を破り水蒸気爆発を
起こす危険性もあり安全上問題があった。

そこで、本発明では、これら熱損失を低減し、かつるつ
ぼが腐蝕により損傷されることのないよう、溶融金属の
対流を抑制し、熱効率と耐蝕性に優れた金属蒸気発生装
置を提供することを目的とする。〔発明の構成〕（課題を解決するための手段）本発明は、供試金属を収容するるつぼを具備し。

供試金属に上方より加速電子を衝突せしめ、この衝突に
よるエネルギーによって供試金属を加熱し蒸発せしめる
金属蒸気発生装置であって、加熱によりるつぼ内に生ず
る自然対流を抑制する向きの強制対流を生ぜしめる手段
を有することを特徴とするものである。

（作　　用）自然対流が抑制されるので、るつぼへの熱損失が低減し
、またるつぼと接する溶融金属の温度が比較的低くなる
のでるつぼ壁の浸蝕が低減する。

（実　施　例）以下、本発明による金属蒸気発生装置の実施例を第１図
を参照して説明する。

るつぼ７には供試蒸発金属収容部３０があり、これは円
錐状の窪みである。この収容部３０の底面中央部および
周辺上部にはそれぞれ透孔２５．２６があり、これらは
ヒータ付配管１８により連絡している。

ヒータ付配管１８の途中には電磁ポンプ２０が配設され
ている。

るつぼ７の供試蒸発金属収容部３０の底面中央部近傍に
はファラデー型電極１９が配設されている。

また、るつぼ７の供試蒸発金属収容部３０近傍には冷却
管１０が埋め込まれている。

電子銃ユニット（図示せず）より飛び出したエレクトロ
ン（電子）５はその後磁場６によって円軌道に偏向され
、るつぼ７内に置かれた供試蒸発金属８にぶつけられて
、その運動エネルギーが熱エネルギーに変換される。供
試蒸発金属８が充分に加熱されると、るつぼ７内で溶融
状態となり。

金属蒸気１１を発生する。この際、るつぼ７は冷却管１
０によって冷却される。溶融状態となった供試蒸発金属
８は、るつぼ底面に設けられた穴２５に流れ込み、液面
の加熱中心９付近にはその影響でくぼみが生ずる。るつ
ぼの底面に設けられた透孔２５に流れ込んだ溶融金属は
、るつぼ側面１２に沿って取り付けられたファラデー型
電極１９によって作られる電場によりＭＨＤ力を受ける
つぼ内に設けられたヒータ付配管１８内をこの金属の融
点近くの温度に溶けた状態で流動する。さらにこの溶融
金属は電磁ポンプ２０により昇圧され、るつぼの側面に
設けられた穴ｚ６より、液面付近で、加熱中心９に向か
って吹き出し、これが制御流１７となり加熱中心９付近
に生ずる局所対流１６の範囲を狭める役割りをする。

上記加熱中心９に向かって、るつぼ側面に設けられた透
孔２６より吹き出した制御流１７は、液面上にエレクト
ロン５によって生じた加熱中心９から充分に冷却管１０
により冷却されたるつぼ側面１２に向かって流れる本来
生ずるべき大きな対流（図示せず）とぶつかり、よどみ
域を生じ、前記対流は小さな局所対流１６に変化しるつ
ぼ底面方向にまわり込む、一方この制御流は、るつぼ側
面１２に沿って流れ、再びるつぼ７の底部に設けられた
透孔２５に流れ込み、ヒータ付配管１８内を通り循還す
ることとなる。このように本実施例においては、るっぼ
７内の溶融金属の流動が、加熱中心９付近に生ずるよど
み域の小さな局所対流１６と、るつぼ側面１２に沿って
流れる制御流１７に２分されることとなる。

上記のように１本実施例においては、加熱中心９付近の
高温の溶融金属が対流によって直接るつぼ側面１２の壁
に接っすることがないため、冷却管１０によって充分に
冷却されたるつぼ側面１２より逃げる熱損失が著しく低
減するとともに、供試蒸発金属８がたとえ腐蝕性の強い
金属であっても、浸蝕され損傷を受けることはない。

第２図は、本発明による金属蒸気発生装置の他の実施例
を示したものである。電子銃ユニット（図示せず）より
飛び出したエレクトロン５は磁場（図示せず）により円
軌道に偏向され、るっぽ７内に置かれた供試蒸発金属８
にぶつけられ、その運動エネルギーが熱エネルギーに変
換される。

供試金属８が充分に加熱されると、るっぽ７内で溶融状
態となり、金属蒸気１１を発生する。この際るつぼ７は
冷却管１０によって冷却される。一方。

るつぼ７外部でこれとは別に供試蒸発金属８と同じ金属
をヒータ２２等を用いて加熱し融点近くの温度で溶融状
態とする。符号２１は供試蒸発金属８と同じ金属を溶融
状態にし、満たしたプールであり。

２２はヒータ、２３はヒータシールドを示す。溶融状態
にした供試蒸発金属８と同じ金属は、動力あるいは電磁
ポンプ（図示せず）等を用い、るつぼ７の液面付近で、
加熱中心９に向かって吹きだしこれが制御流１７となり
、加熱中心９付近に生ずる局所対流１６の範囲を狭める
役割りをする。また、プール２１内に、固体の供試蒸発
金属８を供給原料２４として投入れ、蒸発試料の消費分
を補給できる。

〔発明の効果〕

このように本発明による金属蒸気発生装置は、制御流に
よりるつぼに生ずる局所対流の範囲を狭め、対流により
奪われる熱損失を低減することにより熱効率が向上する
。また前記対流の範囲を狭め高温の溶融金属が直接るつ
ぼ壁に接っすることがなくなるため、腐蝕により損傷さ
れることがなくなり安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属蒸気発生装置の一実施例の垂直断
面図、第２図は他の実施例の垂直断面図。第３図は従来の金属蒸気発生装置の垂直断面図、第４図
は第３図のるつぼ内の対流を示す垂直断面図である。１・・・フィラメント　　　２・・・ウェーネルト電極
３・・・アノード電極　　　４・・・電子銃ユニット５
・・・エレクトロン　　　６・・・磁場７・・・るつぼ
　　　　　　８・・・供試蒸発金属９・・・加熱中心　
　　　　ＩＯ・・・冷却管１１・・・金属蒸気　　　　
　１８・・・ヒータ付配管１９・・・ファラデー型電極
　２０・・・電磁ポンプ２１・・・プール　　　　　　
２２・・・ヒータ２３・・・ヒータシールド　　２４・
・・供給原料２５、２６・・・透孔（穴）代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健

Claims

【特許請求の範囲】

（１）供試金属を収容するるつぼを具備し、上記供試金
属に上方より加速電子を衝突せしめ、この衝突によるエ
ネルギーによって供試金属を加熱し蒸発せしめる金属蒸
気発生装置において、上記加熱によりるつぼ内に生ずる
自然対流を抑制する向きの強制対流を生ぜしめる手段を
有することを特徴とする金属蒸気発生装置。
（２）上記強制対流を生ぜしめる手段は、電磁流体力に
より駆動するものであることを特徴とする請求項１記載
の金属蒸気発生装置。
（３）上記るつぼの供試金属収容部の底面中央には透孔
があって、この透孔からるつぼの供試金属収容部周辺上
部へ連絡する管路と、この管路内の供試金属を上記周辺
上部方向へ駆動するポンプとを具備することを特徴とす
る請求項１または２記載の金属蒸気発生装置。
（４）上記強制対流を生ぜしめる手段は、るつぼ外部で
溶融させた供試金属を収容するプールと、このプール内
の供試金属をるつぼの供試金属収容部の周辺近傍の上方
より下向きに流出せしめるノズルとを具備することを特
徴とする請求項１記載の金属蒸気発生装置。