JPH01285791A - Ceramic heat pipe for high temperature - Google Patents
Ceramic heat pipe for high temperatureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、８００〜２０００ Ｋ程度の高温下で使用
されるヒートパイプに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a heat pipe used at high temperatures of about 800 to 2000 K.
従来の技術
周知のようにヒートパイプは、作動流体が蒸発および凝
縮を伴って密閉容器すなわちコンテナの内部を循環流動
することにより作動流体の潜熱として熱の輸送を行なう
ものであり、極めて高い熱輸送能力を示す。このヒート
パイプの基本的な構成は、真空脱気した密閉容器の内部
に凝縮性の作初流体を封入し、かつ密閉容器の内部に作
動流体を蒸発部に還流させるための毛細管圧力を生じる
ウィックを設けた構成である。従来、その密閉容器とし
ては金属管が一般に使用され、また作動流体としては水
やアルコール、フロン、アンモニアなどが使用されてお
り、これらの密閉容器や作動流体を用いたヒートパイプ
であれば、燃焼排ガスからの熱回収用熱交換器や保温、
冷却などのための８＠などの比較的低温での使用を前提
とした一般的な用途・需要に充分応えられる。Conventional Technology As is well known, a heat pipe transports heat as the latent heat of the working fluid by circulating the working fluid inside a closed vessel, i.e., a container, with evaporation and condensation, and has extremely high heat transport. Demonstrate ability. The basic structure of this heat pipe is that a condensable starting fluid is sealed inside a vacuum deaerated sealed container, and a wick generates capillary pressure inside the sealed container to return the working fluid to the evaporation part. This is a configuration with a Conventionally, metal pipes have been generally used as the sealed container, and water, alcohol, chlorofluorocarbons, ammonia, etc. have been used as the working fluid, and heat pipes using these sealed containers and working fluids can prevent combustion. Heat exchangers for heat recovery from exhaust gas, heat insulation,
It can fully meet general uses and demands for use at relatively low temperatures such as 8@8 for cooling.
しかるにヒートパイプは極めて優れた熱輸送能力を備え
ているのみならず、構造が簡単でしかも可動部がないな
どの利点があるために、極めて特殊な用途に採用するこ
とが考慮されている。その−例として小型原子炉におけ
る熱電気変換モジュールを用いた光電システムでの用途
を挙げることができる。これは高温用−次側ヒートパイ
プの一端部を炉心に仲人するとともに、他方の端部を遮
蔽層を貫通させて熱電気変換モジュール側に配置し、さ
らにそのヒートパイプに続けて低温用二次側ヒートパイ
プを配置し、炉心の熱を熱電気変換モジュールに与えて
発電を行なうとともに、その−次側ヒートパイプの熱を
二次側ヒートパイプで外部に放出することを基本構成と
するものである。However, heat pipes not only have an extremely excellent heat transport ability, but also have advantages such as a simple structure and no moving parts, so they are being considered for use in extremely special applications. An example of this is the use in photovoltaic systems using thermoelectric conversion modules in small nuclear reactors. One end of the high-temperature secondary heat pipe is connected to the reactor core, and the other end is placed on the thermoelectric conversion module side by penetrating the shielding layer. The basic configuration is that a side heat pipe is placed and heat from the reactor core is given to a thermoelectric conversion module to generate electricity, and the heat from the downstream side heat pipe is released to the outside by a secondary side heat pipe. be.
このようなシステムに使用される一次側のヒートパイプ
は１００ＯＫ以上の高温および多量の中性子に曝される
ので、コンテナを金属管とした一般的なヒートパイプで
は容易に破損してしまい、採用することができない。The primary heat pipe used in such systems is exposed to high temperatures of 100 OK or higher and a large amount of neutrons, so a general heat pipe with a metal tube as a container would easily be damaged and should not be used. I can't.
そこで従来、炭化シリコン（ＳｉＣ）の表面にタングス
テン（Ｗ）やグラフ１イト（Ｃ）などをＣＶＤ（化学Ｍ
ｌ法）によってコーティングしたセラミック材料をコン
テナとし、かつナトリウムやリチウム、カリウムなどを
作動流体としたヒートパイプが試作されている。Therefore, in the past, tungsten (W), graphite (C), etc. were applied to the surface of silicon carbide (SiC) by CVD (chemical Mold).
Heat pipes have been prototyped that have a container made of a ceramic material coated using the 1 method) and a working fluid of sodium, lithium, potassium, etc.
発明が解決しようとする課題
ところでＳｉＣは、耐熱性に冨み、また安価であるなど
の利点があるが、その反面、高温用ヒートパイプの作動
流体として適しているナトリウムなどのアルカリ金属と
反応する。そのためＳｉＣを高温用ヒートパイプのコン
テナとして使用する場合には、内外両面の全体をＷを蒸
着してコーティングし、アルカリ金属による腐食を防止
している。Problems to be Solved by the Invention SiC has advantages such as high heat resistance and low cost, but on the other hand, it reacts with alkali metals such as sodium, which is suitable as a working fluid for high-temperature heat pipes. . Therefore, when SiC is used as a container for a high-temperature heat pipe, the entire inside and outside surfaces are coated with W by vapor deposition to prevent corrosion by alkali metals.
しかしながらＳｉＣにＷをコーティングした構成では、
両者の熱膨張率の差により、耐熱衝撃性が低下し、また
Ｗのコーティングを必要とする分だけコスト高になる問
題があった。またＳｉＣとＷとの間にグラファイト（Ｃ
）層を設ける構成では、グラフ１イト層の不均一さが原
因となってクラツクが生じる危険があり、またコーティ
ング層数が増えることによりコストアップの要因が多く
なる問題がある。However, in the configuration where SiC is coated with W,
Due to the difference in thermal expansion coefficient between the two, thermal shock resistance deteriorates, and the cost increases due to the need for W coating. Furthermore, graphite (C
) layer, there is a risk of cracks occurring due to non-uniformity of the graphite layer, and there is also the problem that an increase in the number of coating layers increases the cost.
この発明は上記の事情に厖みてなされたもので、安価で
かつ耐熱耐久性に優れ、しかも中性子照射による劣化の
少ない高温用ヒートパイプを提供することを目的とする
ものである。The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-temperature heat pipe that is inexpensive, has excellent heat resistance and durability, and is less susceptible to deterioration due to neutron irradiation.
課題を解決するための手段
この発明は、上記の目的を達成するために、密閉容器を
窒化ホウ素によって構成し、その内部に作動流体として
アルカリ金属を封入したことを特徴とするものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a closed container is made of boron nitride, and an alkali metal is sealed therein as a working fluid.
またこの発明では、前記密閉容器を、窒化ホウ素製円筒
体と、その円筒体の一方の端部に螺合させた窒化ホウ素
製エンドキャップと、作動流体注入用のフィルチューブ
を有しかつ前記円筒体の他方の端部に螺合させた第２の
窒化ホウ素製エンドキャップとを備えた構成とすること
かできる。Further, in the present invention, the sealed container includes a cylindrical body made of boron nitride, an end cap made of boron nitride screwed to one end of the cylindrical body, and a fill tube for injecting a working fluid, and A second boron nitride end cap may be screwed onto the other end of the body.
さらにこの発明では、前記円筒体と各エンドキャップと
の接合部を、炭化ケイ素または富化ホウ素を蒸曾するこ
とによりコーキングした構成とすることができる。Further, in the present invention, the joint portion between the cylindrical body and each end cap may be caulked by vaporizing silicon carbide or boron enriched.
そのフィルチューブはモリブデンもしくはタングステン
などの金属管によって構成し、圧潰しかつ先端部を溶接
によって封止することができる。The fill tube is made of a metal tube made of molybdenum or tungsten, and can be crushed and sealed at the tip by welding.
そして前記フィルチューブは前記第２のエンドキャップ
に対してねじ込んで取付けるとともに、その勾じ込み部
分を炭化ケイ素または窒化ホウ素を蒸着することにより
コーキングした構成とすることができる。The fill tube may be attached to the second end cap by screwing, and the tapered portion may be caulked by vapor depositing silicon carbide or boron nitride.
作 用
この発明のヒートパイプでは、コンテナが窒化ホウ素に
よってａＸされているから、作！ｌＪ流体であるアルカ
リ金属に対する防食用コーティングを行なう必要がなく
、したがって素材のコストが低いことに加えて製造工程
が少なくなることにより安価なものとすることができ、
また中性子吸収性があるために原子炉での長期間に回っ
ての使用が可能になる。Function: In the heat pipe of this invention, the container is axed with boron nitride. There is no need to apply anti-corrosion coating to the alkali metals used in IJ fluids, and therefore, in addition to the low cost of materials, the manufacturing process can be reduced, making it cheaper.
Also, because it has neutron absorption properties, it can be used in nuclear reactors for long periods of time.
また請求項２の記載の構成では、コンテナの製造・組立
てが容易になる。Further, with the configuration described in claim 2, manufacturing and assembling of the container is facilitated.
さらに請求項３に記載の構成では、気密性を確実なもの
とすることができるうえに、そのための作業が極めて容
易になる。Furthermore, with the configuration according to claim 3, not only can airtightness be ensured, but also the work therefor is extremely easy.
そして請求項４および請求項５に記載した構成では、作
動流体注入および１′４止作業を容易に行なうことがで
きる。With the configurations described in claims 4 and 5, the working fluid injection and the 1'4 locking operations can be easily performed.
実 施 例
つぎにこの発明の一実施例を添付の図面を参照して説明
する。Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第１図は断面図であって、コンテナ１は窒化ホウ１Ａ（
８Ｎ＋を素材として構成されている。すなわちＢＮ製円
筒体２の一方の端部に８Ｎ製のエンドキャップ３がねじ
込まれて取付けられており、両者の接合部分の外周部に
は、ＳｉＣ＠ＣＶＤ（化学蒸着法）によって蒸着させる
ことによりコーキング４が施されている。また前記円筒
体２の他方の端部には、ＢＮ製の他のエンドキャップ５
がねじ込まれて取付けられ、その接合部分の外周部には
、前記一方のエンドキャップ３の接合部分と同様に、Ｓ
ｉＣによるコーキング６が施されている。FIG. 1 is a cross-sectional view, and the container 1 is made of nitride nitride 1A (
Constructed from 8N+ material. In other words, an 8N end cap 3 is screwed into one end of the BN cylinder 2, and SiC is deposited on the outer periphery of the joint between the two by vapor deposition using CVD (chemical vapor deposition). Caulk 4 has been applied. Further, at the other end of the cylindrical body 2, another end cap 5 made of BN is provided.
is attached by being screwed in, and on the outer periphery of the joint part there is a S
Caulking 6 by iC has been applied.
またこの第２のエンドキャップ５には作動流体注入用の
フィルチューブ７が取付けられている。すなわち第２の
エンドキャップ５の先端部にはモリブデン（ＭＯ）製の
円筒状ブツシュ８がすし込まれて取付けられるとともに
、そのねじ部にＳｉＣを化学蒸着することによるコーキ
ングが施され、またそのブツシュ８にはＭＯ％ｊのフィ
ルチューブ７が嵌合され、かつＴＴＧ溶接によって固定
されている。Further, a fill tube 7 for injecting working fluid is attached to the second end cap 5. That is, a cylindrical bushing 8 made of molybdenum (MO) is inserted and attached to the tip of the second end cap 5, and the threaded portion of the bushing is caulked by chemical vapor deposition of SiC. 8 is fitted with a fill tube 7 of MO%j and fixed by TTG welding.
両端部にエンドキャップ３．５を取付けた上記の円筒体
２の内部には、毛細管圧力を生じさせるためのウィック
９が内周面にほぼ密着して状態に配置されており、その
ウィック９はＭＯ線を編んだメツシュによって構成され
ている。Inside the cylindrical body 2 with end caps 3.5 attached to both ends, a wick 9 for generating capillary pressure is arranged in close contact with the inner peripheral surface. It is composed of a mesh made of MO wire.
そしてフィルチューブ７は、コンテナ１の内部に真空脱
気した状態で作動流体としてナトリウムやカリウムなど
のアルカリ金属を注入した後に圧潰されかつＴＩＧ溶接
によって封止されている。またさらに作ｖ）流体を注入
してフィルチューブ７を封止した後にコンテナ１の全体
の外表面にＳｉＣがＣＶＤによってコーティングされて
いる。The fill tube 7 is crushed and sealed by TIG welding after injecting an alkali metal such as sodium or potassium as a working fluid into the container 1 in a vacuum deaerated state. Furthermore, v) After injecting the fluid and sealing the fill tube 7, the entire outer surface of the container 1 is coated with SiC by CVD.
上記のように構成したセラミックヒートバイブは、一般
のヒートバイブと同様に、一方の端部を加熱して蒸発部
とするとともに他方の端部を冷却して凝縮部とすること
により伝熱素子として使用されるが、作動流体がアルカ
リ金属であるから、その作用温度範囲は１０００１（′
Ｆ１度もしくはそれ以上の高温下で使用される。例えば
原子炉での熱電気変換による光電システムに好適であり
、その場合は、一方の端部を炉心に挿入して加熱し、か
つ他方の端部に熱電気変換モジュールを取付け、核***
で生じた熱によって作動流体が蒸発し、その然が作り流
体の蒸気として他方の端部側に運ばれた後に熱電気変換
モジュールによって電気に変換される。このような使用
形態の場合、コンテナ１がＢＮ’ＪＭであって中性子吸
収性があるので、長期間の使用によっても劣化すること
がなく、また耐サーマルショック性に優れているので、
加熱と冷却とが繰返し生じてもクランクの発生やそれに
伴う作！ｌＪ流体の漏洩などの危険がない。そして上記
のヒートパイプにおけるコンテナ１は耐アルカリ性に優
れ、防食のためのコーティングを必要としないので、製
造が容易で安価である。またコンテナ１は円筒体２にエ
ンドキャップ３．５を論じによって接合した構成である
から、容易に製造することができる。その場合、接合部
をＣＶＤによってセラミックを蒸着してコーキングする
ことにより気密性が確実になる。さらにフィルチューブ
７は作＃ｊＪ流体の注入の後に封止する必要があるので
、金属管によって構成することにより封止作業が容易か
つ確実になる。The ceramic heat vibrator configured as described above can be used as a heat transfer element by heating one end to serve as an evaporating part and cooling the other end to serve as a condensing part, just like a general heat vibrator. However, since the working fluid is an alkali metal, its working temperature range is 10,001 ('
Used at high temperatures of F1 degrees or higher. For example, it is suitable for a photoelectric system using thermoelectric conversion in a nuclear reactor. The heat causes the working fluid to evaporate, which is then transported to the other end as a vapor of the fluid and then converted into electricity by the thermoelectric conversion module. In this type of usage, since the container 1 is made of BN'JM and has neutron absorption properties, it will not deteriorate even after long-term use, and has excellent thermal shock resistance.
Even if heating and cooling occur repeatedly, cranking occurs and the associated work! There is no risk of lJ fluid leakage. The container 1 in the heat pipe described above has excellent alkali resistance and does not require a coating for anticorrosion, so it is easy to manufacture and inexpensive. In addition, since the container 1 has a structure in which the end cap 3.5 is joined to the cylindrical body 2 by means of argument, it can be manufactured easily. In that case, airtightness is ensured by caulking the joint by depositing ceramic by CVD. Furthermore, since it is necessary to seal the fill tube 7 after the injection of the fluid #jJ, the sealing operation becomes easy and reliable by forming it from a metal tube.
発明の効果
以上の説明から明らかなようにこの発明のヒートバイブ
によれば、作動流体として使用されるアルカリ金属に対
する耐食性に優れ、それに伴い防食のためのコーティン
グが不要になるために、容易かつ安価に製造することが
でき、また耐熱衝撃性に優れたものとすることができる
。さらに中性子吸収性があるために、原子炉などの高温
でかつ中性子の照射を受ける箇所での長期間の使用によ
っても劣化せず、耐久性に優れたものとすることができ
る。Effects of the Invention As is clear from the above explanation, the heat vibrator of the present invention has excellent corrosion resistance against alkali metals used as working fluids, and as a result, anti-corrosion coatings are not required, making it easy and inexpensive to use. It can be manufactured to have excellent thermal shock resistance. Furthermore, since it has neutron absorption properties, it does not deteriorate even when used for a long period of time in a place exposed to high temperatures and neutron irradiation, such as in a nuclear reactor, and can be made to have excellent durability.
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。
１・・・コンテナ、 ２・・・円筒体、 ３，５・・・
エンドキャップ、 ４，６・・・コーキング、 ７・
・・フィルチューブ、 ９・・・ウィック。
第 １
図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. 1... Container, 2... Cylindrical body, 3, 5...
End cap, 4, 6...caulking, 7.
...Fill tube, 9...Wick. Figure 1
Claims (5)
としてアルカリ金属を封入してなることを特徴とする高
温用セラミックヒートパイプ。(1) A high-temperature ceramic heat pipe characterized by having an alkali metal sealed as a working fluid inside a sealed container made of boron nitride.
筒体の一方の端部に螺合させた窒化ホウ素製エンドキャ
ップと、作動流体注入用のフィルチューブを有しかつ前
記円筒体の他方の端部に螺合させた第２の窒化ホウ素製
エンドキャップとを備えていることを特徴とする請求項
１に記載の高温用セラミックヒートパイプ。(2) The sealed container has a cylindrical body made of boron nitride, an end cap made of boron nitride screwed onto one end of the cylindrical body, and a fill tube for injecting working fluid, and 2. The high temperature ceramic heat pipe according to claim 1, further comprising a second boron nitride end cap screwed onto the other end.
ケイ素または窒化ホウ素を蒸着することによりコーキン
グされていることを特徴とする請求項２に記載の高温用
セラミックヒートパイプ。(3) The high-temperature ceramic heat pipe according to claim 2, wherein the joint between the cylindrical body and each end cap is caulked by vapor-depositing silicon carbide or boron nitride.
ステンなどの金属管からなり、圧潰しかつ先端部を溶接
によって封止されていることを特徴とする請求項２に記
載の高温用セラミックヒートパイプ。(4) The high-temperature ceramic heat pipe according to claim 2, wherein the fill tube is made of a metal tube such as molybdenum or tungsten, and is crushed and sealed at its tip by welding.
に対してねじ込まれて取付けられるとともに、そのねじ
込み部分が炭化ケイ素または窒化ホウ素によってコーキ
ングされていることを特徴とする請求項２に記載の高温
用セラミックヒートパイプ。(5) The high-temperature device according to claim 2, wherein the fill tube is screwed and attached to the second end cap, and the screwed portion is caulked with silicon carbide or boron nitride. ceramic heat pipe.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63114128A JP2539663B2 (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | High temperature ceramic heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
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1988
- 1988-05-11 JP JP63114128A patent/JP2539663B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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