JPH06194074A

JPH06194074A - ヒートパイプ

Info

Publication number: JPH06194074A
Application number: JP34288592A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Sugawara; 克生菅原; Tsutomu Takahashi; 務高橋; Yasushi Toyokura; 康司豊蔵; Hideo Kitamura; 英男北村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-15
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JP2658786B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｂ，Ｃ重油焚、石炭焚ボイラー等の低温廃熱
を回収するための硫酸露点腐食を主とした湿潤な環境下
で使用することのできるヒートパイプを得る。【構成】パイプ本体２の外周部に設けられるフィン４
を、パイプ本体２より電気化学的に卑な材料で構成す
る。また、フィン４を、パイプ本体２に対して着脱可能
に装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、腐食環境下、特に硫
酸露点腐食を主とした湿潤な腐食環境下で長期間使用す
ることのできるヒートパイプに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】周知のように、ヒートパイ
プは、廃熱回収、ヒートシンク、空調、融雪等の種々の
用途に広く利用されている。そして、このようなヒート
パイプが設置される環境も様々であり、そのうち、腐食
環境下においては、ヒートパイプに対して何らかの防食
対策（例えば表面のコーティング等）がとられている。

【０００３】しかしながら、Ｂ，Ｃ重油焚、石炭焚ボイ
ラー等の低温廃熱（１００〜２００゜Ｃ）を回収する用
途には、従来、ヒートパイプは使用されていなかった。
これは、前記のようなＢ，Ｃ重油焚、石炭焚ボイラー等
の低温廃熱を回収する環境では、ＳＯ₃と水蒸気との反
応により硫酸が発生し、その硫酸が凝縮液となって内壁
に付着することにより付着スス量と密接に関係した硫酸
露点腐食が生じる湿潤な環境であり、従来の防食対策で
は、このような腐食環境でヒートパイプを長期間使用す
ることは困難であったためである。

【０００４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、上記のような硫酸露点腐食を主とした湿潤な
環境下においても長期間、安定して使用することのでき
るヒートパイプを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部に作動液
が封入されたパイプ本体と、このパイプ本体の外周部に
設けられた複数の吸熱用のフィンとを具備したヒートパ
イプにおいて、前記フィンの少なくとも一部が、前記パ
イプ本体の外面を構成する材料よりも電気化学的に卑な
材料で構成されていることを特徴とするものである。

【０００６】前記パイプ本体は、Ｎｉ基耐食合金からな
され、前記フィンは、前記パイプ本体より電気化学的に
卑なＦｅ基耐食合金からなされることが好ましい。

【０００７】また、前記Ｎｉ基耐食合金は、Ｃrを０％
以上３２％以下（重量％、以下同じ）、Ｍｏを０％以上
３０以下、及び不可避不純物を含有し、且つ、前記Ｃｒ
と前記Ｍｏの合計含有量を２６％以上５２％以下として
もよく、さらに、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅの内の１種又は
２種以上、及び不可避不純物を含み、その含有量を、Ｗ
０．５〜５％、Ｎｂ０．１〜３％、Ｔａ０．１〜３％、
Ｆｅ０．５〜２０％の範囲としてもよい。

【０００８】また、前記Ｆｅ基耐食合金は、Ｃｕ０．２
〜１．０％、Ｓｉ０．１〜１．０％、Ｍｎ０．２〜２．
０％、及び不可避不純物を含有するものであってもよ
く、さらに、Ｎｉ及びＣｒを含有し、その合計含有量を
０．１％以上２．０％以下としてもよい。

【０００９】また、前記フィンは、前記パイプ本体の外
周部に対して、着脱可能に装着されていても良い。

【００１０】

【実施例】以下、図１乃至図５を参照して本発明の実施
例を説明する。図１は本発明の一実施例に係るヒートパ
イプを示す正面図であり、同図において、２は内部に
水、アルコール等の作動液が封入されたパイプ本体、４
はパイプ本体２の外周部に所定間隔で装着された吸熱用
あるいは吸熱用のフィンである。

【００１１】本実施例におけるパイプ本体２は、Ｎｉ基
耐食合金で製造されており、その好ましい組成は、Ｃ
ｒ；０〜３２％（重量％、以下同じ。）、Ｍｏ；０〜３
０％、かつ、（Ｃｒ＋Ｍｏ）；２６〜５２％、残りはＮ
ｉ及び不可避不純物であり、さらに、Ｗ；０．５〜５
％、Ｎｂ；０．１〜３％、Ｔａ；０．１〜３％及びＦ
ｅ；０．５〜２０％の１種又は２種以上を加えるように
してもよい。さらに、Ｃr，Ｍoが同時に添加される場合
は、その添加量比が、４１６≦１３Ｃr＋１６Ｍo≦７４
０の範囲であることが最も好ましい。

【００１２】また、前記各フィン４は、図２に示すよう
に、中心部に貫通孔４ａが形成された円板状を呈してお
り、貫通孔４ａにパイプ本体２が圧入されることにより
パイプ本体２に装着固定されている。そして、この各フ
ィン４は、パイプ本体２に対して着脱可能であり、所定
のスラスト方向の荷重を加えることにより、新しいフィ
ン４に交換可能となっている。

【００１３】上記構成に係るヒートパイプは、主とし
て、従来のヒートパイプが使用困難とされていた腐食環
境下、即ち硫酸露点腐食を主とした（より的確には付着
ススと凝縮硫酸とによる硫酸露点腐食を伴う）湿潤な環
境下での使用に供される。

【００１４】上記のような腐食環境下においては、ＳＯ
3ガスと水蒸気とから形成される硫酸がヒートパイプの
外周側を被包し、さらに、腐食を促進するススやダスト
がヒートパイプに接触する。従って、従来の銅合金から
構成されたヒートパイプでは、腐食が急速に進んでしま
い、実用に供することはできない。また単純な硫酸環境
に対して耐食性を有する材料でもススが硫酸環境に含ま
れるとまったく耐食性を示さなくなるという問題もあっ
た。本実施例におけるヒートパイプでは、以下の作用に
より、かかる環境下においても長期の使用が可能とな
る。

【００１５】上記の付着ススと密接に関係した腐食環境
下において、本発明の構成の金属材料の組合せの場合、
硫酸の液滴がパイプ本体２とフィン４とをぬらすと、こ
の硫酸が電解液となり、電気化学的に卑なフィン４がア
ノード（陽極）となり、電気化学的に貴なパイプ本体２
がカソード（陰極）となる。そして、これにより選択的
な腐食となり、アノードのフィン４は腐食が進むが、カ
ソードのパイプ本体２はほとんど腐食が進行しない状態
となる。

【００１６】従って、フィン４が所定量腐食した時点で
該フィン４を新しいものに交換することにより、ヒート
パイプを長期間使用することができ、従来困難とされて
いたＢ，Ｃ重油焚、石炭焚ボイラー等の低温廃熱の回収
が可能となる。

【００１７】上記以外の技術事項を以下に列挙する。（１）上記実施例と同様の原理を用いるために、パイ
プ本体２の端部にパイプ本体２より電気化学的に卑な材
料からなる、パイプ状あるいは円柱状等の部材（以下、
「犠牲部材」という。）を接合し、フィン４をパイプ本
体２と同質の材料から形成することが考えられるが、こ
のようにした場合には、選択腐食によって腐食を効果的
に防止できるのは、パイプ本体２の犠牲部材に近接する
部分に限られるため、上記実施例のように、パイプ本体
２全体を保護することはできない。即ち、上記実施例に
おけるヒートパイプは、パイプ本体２と、このパイプ本
体２の外周部に等間隔で設けられた複数のフィン４との
間を硫酸がぬらすことにより、パイプ本体２全体に渡っ
て腐食の防止が行われる。

【００１８】（２）上記実施例においては、パイプ本
体２全体をＮｉ基耐食合金から構成したが、パイプ本体
２の外周側部分のみをＮｉ基耐食合金で構成し、内周側
部分をＣu系合金など他の材料から構成してもよい。同
様に、フィン４の外周側部分のみを、上記実施例と同様
の電気化学的に卑な材料から構成してもよい。

【００１９】（３）上記実施例においては、平円板状
のフィン４を用いたが、これを図３に示す形状のフィン
６を用いる構成としてもよい。同図におけるフィン６
は、側断面視において波形状のうねりが形成された円板
状を呈し、中央部には、貫通孔６ａが形成されてる。ま
た、前記のうねりは、貫通孔６ａと軸線を一にする同心
円状に形成されている。フィンをこのような形状とした
場合には、フィン６に付着した硫酸が、同心円状に形成
された溝６ｂを伝わって下に落ちるため、かかる硫酸が
パイプ本体２に付きにくくなる。従って、パイプ本体の
腐食速度を低減する効果を有する。

【００２０】（４）また、フィンを図４乃至図５に示
すような形状としてもよい。これらの図に示すフィン
は、軸線方向の厚さｈ１，ｈ２が、外周側から内周側に
向かうにしたがって漸次増加する形状となっているた
め、腐食の進みやすい内周側部分のみが局部的に損傷す
ることを防止することができる。

【００２１】（５）上述の腐食環境下において、どの
金属がアノードとなり、どの金属がカソードとなるか
は、その環境中でのそれらの金属の自然電位Ｅcorが貴
な方がカソード、卑な方がアノードとなり、その差が大
きいほど防食効果が大きいことが期待され、フィン及び
パイプ本体の材料選定の目安とされる。下記の表１は、
上述の腐食環境を模擬した１２０゜Ｃ、８０wt％Ｈ₂Ｓ
Ｏ₄と活性炭３００ｇ／ｌとを含む複合硫酸環境下で、
いくつかのＮｉ基合金及びＦｅ基合金について、自然電
位（ｍＶ v.s. ＳＣＥ）及び腐食速度（ｍｍ／ｙｅａ
ｒ）を求め、整理したものである。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記表１において、合金Ｅ、Ｇ、Ｌ等がパ
イプ本体に適当であり、合金Ｑ、Ｒ、等がフィンに適し
ている。

【００２４】しかしながら、上記の目安に基づいて二種
の材料を接触させた場合、両者の電位は図６に示すよう
に近づく傾向があるため、その環境で電流が流れてパイ
プ本体の防食が可能であるかの正確な判断には実験を要
する。

【００２５】以下の表２は活性炭を含む１２０゜Ｃ、８
０wt％Ｈ₂ＳＯ₄の複合硫酸環境下で、接触電流を測定し
た結果を示している。同表において、防食電流とはパイ
プ本体からフィンに流れる電流を、腐食電流とはフィン
からパイプ本体に流れる電流をそれぞれ示している。ま
た、同表に示す材質の組成は前記表１に示す通りであ
る。

【００２６】

【表２】

【００２７】Ｎｉ基合金同士の場合、表２に示すように
パイプに腐食電流が流れたり、あるいは防食電流が十分
でなかったりして、十分な防食効果が期待できず、好ま
しくない。Ｅcorの差が３００ｍＶ以上差がつくＮｉ基
合金と低合金鋼特に含銅鋼との組合せが好ましく、０．
０６〜０．６mＡ／ｃｍ²程度の防食電流が流れ防食効果
が期待できる。

【００２８】パイプ本体に用いる金属材料に対してアノ
ードとなるフィンの金属材料が充分卑であればパイプ本
体は防食されるが、フィンの交換期間をある程度の長さ
とするためには、フィンに用いる金属材料も比較的耐食
性のよいものを用いる必要がある。更に、パイプ本体を
構成する金属材料が還元性環境に対して即ちカソード防
食に対して高い耐食性を有することが必要である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、フィンの少なくとも一部が、パイプ本体の外面を構
成する材料よりも電気化学的に卑な材料で構成されてい
るから、ヒートパイプを、従来使用が困難とされていた
腐食環境下、即ち硫酸露点腐食を主とした特に付着スス
と密接に関係した硫酸露点腐食を伴う湿潤な環境下で使
用した場合、本発明に示される金属材料組成よりなるフ
ィンとパイプ本体では、電気化学的に卑なフィンはアノ
ードとなって腐食が進むが、電気化学的に貴なパイプ本
体はカソードとなりほとんど腐食が進まない。従って、
フィンが所定量腐食した時点で該フィンを新しいものに
交換することにより、ヒートパイプを長期間使用するこ
とができ、従来困難とされていたＢ，Ｃ重油焚、石炭焚
ボイラー等の低温廃熱の回収が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るヒートパイプを示す正
面図である。

【図２】同実施例にかかるフィン４のパイプ本体２に対
する装着を説明するための図である。

【図３】フィンの他の形状を示す断面図である。

【図４】フィンの他の形状を示す断面図である。

【図５】フィンの他の形状を示す断面図である。

【図６】硫酸環境下で二種の材料を接触させた場合の時
間経過と電位変化との関係を示す図である。

【符号の説明】

２パイプ本体４，６フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村英男埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地三菱マテリアル株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に作動液が封入されたパイプ本体と、
このパイプ本体の外周部に設けられた複数の吸熱用のフ
ィンとを具備したヒートパイプにおいて、前記フィンの
少なくとも一部が、前記パイプ本体の外面を構成する材
料よりも電気化学的に卑な材料で構成されていることを
特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】前記パイプ本体は、Ｎｉ基耐食合金からな
り、前記フィンは、前記パイプ本体より電気化学的に卑
なＦｅ基耐食合金からなることを特徴とする請求項１記
載のヒートパイプ。
【請求項３】前記Ｎｉ基耐食合金は、Ｃrを０％以上３
２％以下（重量％、以下同じ）、Ｍｏを０％以上３０以
下、及び不可避不純物を含有し、且つ、前記Ｃｒと前記
Ｍｏの合計含有量が２６％以上５２％以下であることを
特徴とする請求項２記載のヒートパイプ。
【請求項４】前記Ｎｉ基耐食合金は、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｆｅの内の１種又は２種以上、及び不可避不純物を含
み、その含有量が、Ｗ０．５〜５％、Ｎｂ０．１〜３
％、Ｔａ０．１〜３％、Ｆｅ０．５〜２０％の範囲であ
ることを特徴とする請求項３記載のヒートパイプ。
【請求項５】前記Ｆｅ基耐食合金は、Ｃｕ０．２〜１．
０％、Ｓｉ０．１〜１．０％、Ｍｎ０．２〜２．０％、
及び不可避不純物を含有することを特徴とする請求項２
記載のヒートパイプ。
【請求項６】前記Ｆｅ基耐食合金は、Ｎｉ及びＣｒを含
有し、その合計含有量が０．１％以上２．０％以下であ
ることを特徴とする請求項５記載のヒートパイプ。
【請求項７】前記フィンは、前記パイプ本体の外周部に
対して、着脱可能に装着されていることを特徴とする請
求項１又は２記載のヒートパイプ。