JPH04501458A - 蒸発金属を再生するためのヒートパイプ - Google Patents

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】 蒸　を　生するためのヒートバイブ Ｘ用の分野 本発明はヒートバイブに関し、詳細には蒸発金属を処理する流出物スタックに挿 入するためのヒートパイプに関する。

兄咀Ω背量 マグネシュウムの如き蒸発性金属の製造においては、金属を精錬している炉によ って流出物が作られる。流出物スタック内でできるだけ多くの金属を再生させる ことは２つの理由から重要である。その第一は潜在的汚染の問題を制御すること であり、第二は財務上の利益のためにできるだけ多くの金属を再生することであ る。

従来は、水充填した蒸発器を高温のスタックガスに曝すヒートパイプ構造が使用 された。水は蒸発するにつれて、正規の逆流作用により凝縮器内に集められる。

凝縮器の外壁上で蒸発金属が冷却するとスタックから重力により送られて収集さ れる。かかる蒸発器セクションと凝縮器セクションを使用する水充填ヒートパイ プの利用は望ましくない。というのは外部温度を水の沸点以下に保たなければな らないからである。明らかに、蒸発金属が流れるスタック内でそのようになす試 みは寸法上の問題や制御の問題を提供する。

凝縮器の熱負荷に応じて凝縮器内に位置の変化する境界面を設定する成る量の非 凝縮性ガスを凝縮器内に導入することによって基本的蒸発器−凝縮器組合せ体を 変更する可変コンダクタンス型ヒートパイプを使用することが従来提案された。

かかる構造は普通の固定コンダクタンス型ヒートパイプより効率はよいが、非凝 縮性ガスの容積と凝縮器間の直接の相関間係がヒートパイプユニット全体の小型 化を妨げることになる。

杢発肌Ｑ筒率な訳明 本発明は、凝縮器セクションの中心内に固体のプラグを使用し、ヒートパイプ流 体交換のために凝縮器を通り抜ける環状通路を残す改良された可変コンダクタン ス型のコンパクトなヒートバイブである。凝縮器の長さは、熱交換面から熱を放 出すると共に凝縮器セクションの内部容積を減少させ、その結果非凝縮性ガスを 入れでいる溜部が必要とする容積を減少させる容積−消耗プラグを入れるのに十 分な熱交換面を提供するように選択する。後者の間係は、特定の容積が凝縮器セ クション容積の割合に対する溜部容積の割合に対して必要とされるので生じる。

蒸気がヒートパイプ上を流れるときスタック内で蒸気を混合する目的で本発明の ヒートバイブの外側に乱流部材を固定することができる。この部材は蒸気を散ら し、スタック蒸気とヒートパイプ間の熱伝達をより良くする。このため本発明装 置は効率が増し、一層コンパクトに構成することができる。

前述した如く動作流体として水を利用した場合に起こる高圧蒸気の問題を回避す るため、本発明はカリウムの如き液体金属を動作流体として使用する。

図面の簡単な説明 上述した本発明の目的および利点は以下の添付図面と共に考慮するとさらに明確 に理解される。

第１図は本発明装置の斜視図： 第２図は水ジャケットを除去しで示す本発明のヒートパイプ構造の平面図である 。

発唄の詳細な記載 図、特にその第１図は本発明の斜視図である。本発明の可変コンダクタンス型ヒ ートパイプは参照数字１ｏで全体としで示し、流出スタック１２に対する相対的 位置に置いた状態で示しでいる。流出スタックは例えば炉から大気中へ金属蒸気 を通過させていく、ヒートバイブ１０の目的はこれらの蒸気を液体に凝縮させる ことである。次いでその液体は販売可能な物質を収集するため前記スタックを通 して重力により下方へ送り戻される。金属蒸気の液化はヒートバイブ１０の蒸発 器セクション１４に沿って起こる。この蒸発器セクションで蒸気からヒートバイ ブへの熱交換が起こる。その結果、再生された液体金属が形成され、この金属は 重力により送られて図示の如くスタックを通過して下方へ送り戻される。

第二の目的はこれらの蒸気を凝縮させて、それらが大気中へ入って汚染問題を起 こさないようにすることにある。

大部分のヒートバイブと同様に、ヒートバイブの外部と蒸発器セクション間に一 定の熱交換を行なわせるために内部凝縮器セクションが必要である。本発明では 、凝縮器セクションは冷却剤ジャケット１８の下に仮想線で参照数字１６１Ｆｒ 付して示す、凝縮器セクションと蒸発器セクションの細部は第２図に関して以下 で説明する。凝縮器セクション１６の目的は蒸発器セクション１４から集めた熱 を放出することにあるので、凝縮器セクション１６はスタック１２の外に位置し 、冷却剤ジャケット１８内に凝縮器セクション１６を包囲することによって冷却 効率を増大させる。環状フランジ１７は冷却剤シャケ・ント１８をヒートバイブ １０に取付ける。冷却剤の循環流が入口２２と出口２４間でジャケット１８に与 えられる。

加熱された液体カリウムの如き動作流体が第１図に示すように基部取付具２９の 位置でヒートバイブ１０に導入される。

マグネシュウムの如き流出蒸発金属からの熱が蒸発器セクション１４を高温に曝 し、この温度はカリウムの如き液体金属の動作流体の相をガス相に変化させる。

ガス状カリウムは凝縮器セクション１６に集まり、そこで冷却されて元の相にな る。

重力により、カリウム液体は再循環するため蒸発器セクション１４へ戻る。

蒸発器セクション１４の縦長の外部に治って幾つかの弓形（ａｒｃｕａｔｅ）乱 流部材２６が配置され、前記乱流部材はスタックを通しで上方へ流れる流出物を 混合して流出物中の凝縮性ガスの濃度を最小となすために本発明に加えられる。

その結果、蒸発器セクション１４の壁を横切る熱伝達効率が増す。大きな弓形乱 流部材２８．３０は蒸発器セクション１４の上端部に配置して凝縮金属濃度の小 さい領域で上記メカニズムを促進させる。これらの“ひれ”と接触した後、再循 環させられる液状媒体は重力により下方へ送られて収集される（図示せず）。

ヒートバイブ１ｏはヒートバイブの熱交換速度を熱負荷の変動範囲内で比較的一 定に保つように可変のコンダクタンスの可能出力を有する。上記のようになすこ とは、アルゴン又はヘリウムの如き凝縮性ガスを入れている溜部２０と凝縮器セ クション１６間を連絡させることにより達成される。前記溜部はヒートバイブ中 の液体金属動作流体との境界面を形成する蓄積ガスを提供する。ヒートバイブ中 の熱負荷は変化するので、境界面は凝縮器セクション１６内の動作流体蒸気と非 凝縮性ガス闇で変化する。このため凝縮器セクションに加わる熱負荷は変化する ので、ヒートバイブの蒸発器セクションにまさしく一定の温度を維持するように 境界面も変化する。ヒートバイブにかかる溜部を利用することは従来技術に属す るため、図には概略を示すに留める。

第２図は冷却剤ジャケット１８を除去してヒートバイブ構造を詳細に示す。溜部 ２０はヒートバイブの上端部４６に適当に固定する。溜部２０の下端部４４は下 方へ延びる弾丸形（ｂｕｌｌｅｔ−ｓｈａｐｅ）の固体プラグ３２に取付け、こ のプラグは縦長の凝縮器セクション１６を貫通しで延びる。

プラグ３２の本体４０は下部の円錐形先端部４２で終端する。

前記先端部は蒸発器セクション１４の上端部内に幾分延び入る０円錐形先端の弾 丸形状は温度制御を改善するために凝縮器蒸気に高速度を与え、また軸線方向の 圧力勾配を最小となすため凝縮器セクション内へ制御された蒸気加速度を与える 。

プラグは凝縮器セクション１６の中央部を通して中心でかつ軸線方向に配置する が、プラグ外面とヒートバイブ壁の内径面間に環状横断面通路を残すようになす 。この通路はヒートバイブ内で動作流体相聞の逆流（ｒｅｆｌｕｘ）循環を可能 ならしめる。可変伝導率のヒートバイブを効率よく作動させるため、溜部容積は 凝縮器セクションの容積に正比例させる。

前記プラグは凝縮器セクションの壁を通して効率よい熱交換を行わせる一方、凝 縮器セクション容積を最小ならしめるのに十分な長さを凝縮器セクションに保た せる利点をもつ。その結果、かなり小さな溜部ができる。最終的にヒートバイブ は一層コンパクトな設計となる。

凝縮した流体を凝縮器セクション１６から蒸発器セクション１４へ簡単に戻すた め、円筒形スクリーン３６をヒートバイブ内に置き、凝縮器セクションと蒸発器 セクションに沿って延在させる。前記スクリーンはしばしばヒートバイブの設計 に含まれるウィック（ｗｉｃｋ）として作用する０本発明では前記スクリーンは 下記のものを含む多層から作られる：即ち、大容積液体流量用の粗い網目材（８ メツシユ）同伴物制限度の高い微細網目材（１５ｏメツシユ）壁湿潤用の中位の 網目材（３０メツシユ）以上の説明より明らかな如く、本発明の構造は多くの利 点を有する。第一に、構造が一層コンパクトになる。この場合に溜部は単にヒー トバイブ外囲体が凝縮器セクションの端を越えて延在するようになすことにより 形成される。更に、従来技術では連結チューブをもつ別個のガス溜部を必要とし でいたが、本発明ではこれを必要としないため一層頑丈な構造が得られる。他の 重要な利点は可変コンダクタンスの制御が改良されることにある。というのは、 蒸気スペース横断面が減少する結果、凝縮器蒸気速度が高速になり、このため、 流動する蒸気と非凝縮ガス間により小ざくかつ一層はつきりと限定された境界面 領域が得れるからである。

本発明は上述しかつ図示した詳細な構成に限定されることなく、種々の変更を加 えることができることを当業者には理解されるべきである。

国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．ほぼ円筒形のハウシングをもつ可変コンダクタンス型ヒートパイプ（１０） において、 縦長のパイプに沿って流れる蒸気−含有の流出物の流れを混合して蒸気とヒート パイプ間の熱伝達を改善するためにハウジングに連結される複数の離間した弓形 の乱流部材（２６）と、 縦長のパイプに沿って画成された蒸発器セクション（１４）及び凝縮器セクショ ン（１６）と、 動作流体をヒートパイプに導入するための手段（２９）と、前記ハウジング内に 置かれかつ凝縮器セクションに加わる熱負荷の正比例関数としてヒートパイプの コンダクタンスを制御するために凝縮器セクションに流入する非凝縮性ガスを入 れている溜部（２０）と、 凝縮器セクションを通して軸線方向に延在しかつヒートパイプハウジングの内径 より小さい直径を有して凝縮器セクションを通る環状横断面の通路を形成するプ ラグ（３２）とを備える可変コンダクタンス型ヒートパイプ。
2. ２．凝縮器セクション（１６）と蒸発器セクション（１４）間での動作流体の移 送を簡単にするために前記両セクション間に延在するウイック手段（３６）を備 えた、請求の範囲１に記載の構造。
3. ３．動作流体がカリウムの如き液体金属である、請求の範囲１に記載の構造。
4. ４．プラグ（３２）が凝縮器セクション内に入り込む先細の先端部（４２）をも つ弾丸形をなす、請求の範囲１に記載の構造。
5. ５．ウイック手段（３６）が網目材から形成された円筒形部材からなる、請求の 範囲２に記載の構造。
6. ６．網目材は多層構造とする、請求の範囲５に記載の構造。
7. ７．流出物放出スタック（１２）内にある蒸気から予め選択された金属を収集す るためのヒートパイプ組立体（１０）において、該組立体は、 スタックの上端部を通して軸線方向に延在するほぼ円筒形のヒートパイプハウジ ングと、 縦長のパイプに沿って流れる蒸気−含有の流出物の流れを混合して蒸気とヒート パイプ間の熱伝達を改善するためにハウジングに連結される複数の離間した弓形 の乱流部材（２６）と、 パイプの下部に沿って延在しかつ蒸発器セクションを横切って流れる金属蒸気を 冷却するために完全にスタック（１２）内に置かれた蒸発器セクション（１４） と、パイプの上部に沿って延在しかつ冷却剤系に対して熱交換するためスタック 外部に置かれた凝縮器セクション（１６）と、動作流体をヒートパイプに導入す るための手段（２９）と、前記ハウジング内に置かれかつ凝縮器セクションに加 わる熱負荷の正比例関数としてヒートパイプのコンダクタンスを制御するために 凝縮器セクションに流入する非凝縮性ガスを入れている溜部（２０）と、 凝縮器セクションを通して軸線方向に延在しかつヒートパイプハウジングの内径 より小さい直径を有して凝縮器セクションを通る環状横断面の通路を形成するプ ラグ（３２）とを備えるヒートパイプ組立体。
8. ８．プラグ（３２）は凝縮器セクションに延び入る先端部（４２）をもつ弾丸形 をなす、請求の範囲７に記載の構造。
9. ９．凝縮器セクションと蒸発器セクション悶での動作流体の移送を簡単にするた めに前記両セクション間に延在する多層構造の網目材ウイック手段（３６）を備 えた、請求の範囲８に記載の構造。