(57)【要約】  金属蒸気を凝縮させるための装置は、その金属蒸気の一部を液体に凝縮させるために冷却される、少なくとも１つの入口導管を有する。本装置は、凝縮された液体金属を回収する入口導管に接続される、保持タンクも有する。本装置は、残りの金属蒸気の一部を固体金属に凝固させるために冷却される、保持タンクに接続される、少なくとも１つの出口導管も有する。本装置は、固体金属を液体金属に融解させた後、保持タンクに流入させるために、少なくとも１つの出口導管を加熱する、少なくとも１つの加熱器も有する。本装置は、金属蒸気および搬送ガスが、出口導管の加熱中に出口導管から出ることを防ぐために、少なくとも１つの出口導管の遠位端に位置する、少なくとも１つの封止機構も有する。【選択図】  図２
2014525985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属蒸気を凝固させるための装置であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を前記少なくとも１つの入口導管から受容するために前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、液体金属の保持タンクと、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を前記保持タンクから受容するために前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管と、
前記少なくとも１つの出口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を固体金属に凝固させるために前記少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスと、
前記固体金属の少なくとも一部を融解させ、続いて前記保持タンクに流入させるために、前記少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの加熱器と、
前記少なくとも１つの出口導管の遠位端を封止して、前記出口導管が加熱されているときに、残りの金属蒸気および搬送ガスが前記出口導管の遠位端から出ることを防ぐために、前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端に位置する、少なくとも１つの封止機構と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの入口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を液体金属に凝縮させるように、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第２の冷却デバイスをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記保持タンクを加熱するための加熱器、および前記保持タンクを冷却するための冷却デバイスのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク中の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記保持タンク内に移動可能な障壁をさらに備え、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の冷却デバイス、前記少なくとも１つの加熱器、および前記少なくとも１つの封止機構を制御するためのコントローラをさらに備え、前記コントローラによって、
前記少なくとも１つの第１の冷却デバイスが、前記少なくとも１つの出口導管内の前記金属蒸気を冷却して固体金属に凝固させ、
前記少なくとも１つの第１の冷却デバイスの前記操作に続いて、前記少なくとも１つの加熱器が、前記少なくとも１つの出口導管内の前記固体金属を加熱および融解し、
前記少なくとも１つの封止機構が、前記少なくとも１つの加熱器が前記少なくとも１つの出口導管を加熱する間、前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端を封止する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の供給源と、
前記少なくとも１つの出口導管から前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に排出される、残りの金属蒸気および搬送ガスを圧送するために、前記少なくとも１つの出口導管および前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に操作可能に接続される、ガス圧送デバイスと、
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの出口導管および前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、ガスポンプ入力導管と、前記ガスポンプ入力導管に操作可能に接続される、追加の搬送ガスの供給源と、をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物中に存在する揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮してその任意の量を減少させるために、前記残りの金属蒸気および搬送ガスを冷却するように前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、少なくとも１つの冷却トラップデバイスをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
金属蒸気を凝縮するための装置であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を前記少なくとも１つの入口導管から受容するために前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、液体金属の保持タンクと、
前記金属蒸気およびガスの混合物を前記保持タンクから受容するために前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管であって、前記保持タンクの近位に位置する近位端と、前記保持タンクの遠位に位置する遠位端とを有し、かつ複数のセクションを有する、少なくとも１つの出口導管と、
前記少なくとも１つの出口導管の前記対応するセクション内にある前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させるために、前記少なくとも１つの出口導管の前記対応する複数のセクションに操作可能に接続される、複数の冷却デバイスと、
前記少なくとも１つの出口導管の前記対応するセクション内の前記固体金属を融解させるために、前記少なくとも１つの出口導管の前記対応する複数のセクションに操作可能に接続される、複数の加熱器と、
前記複数の冷却デバイスおよび前記複数の加熱器を制御するためのコントローラであって、
前記少なくとも１つの出口導管の第１のセクションに操作可能に接続される、前記複数の冷却デバイスのうちの第１の冷却デバイスが、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクション内にある前記金属蒸気を冷却して固体金属に凝固させ、
前記第１の冷却デバイスの前記操作に続いて、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクションに操作可能に接続される、前記複数の加熱器のうちの第１の加熱器が、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクション内にある前記固体金属を加熱して融解させ、
前記少なくとも１つの出口導管の第２のセクションに操作可能に接続される、前記複数の冷却デバイスのうちの第２の冷却デバイスが、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクション内にある前記金属蒸気を冷却して固体金属に凝固させ、
前記第２の冷却デバイスの前記操作に続いて、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクションに操作可能に接続される、前記複数の加熱器のうちの第２の加熱器が、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクション内にある前記固体金属を加熱して融解させるようにする、コントローラと、
を備える、装置。
【請求項１１】
前記コントローラがさらに、
前記少なくとも１つの出口導管の第３のセクションに操作可能に接続される、前記複数の冷却デバイスのうちの第３の冷却デバイスが、前記少なくとも１つの出口導管の前記第３のセクション内にある前記金属蒸気を冷却して固体金属に凝固させ、
前記第３の冷却デバイスの前記操作に続いて、前記少なくとも１つの出口導管の前記第３のセクションに操作可能に接続される、第３の加熱器が、前記少なくとも１つの出口導管の前記第３のセクション内にある前記固体金属を加熱して融解させるようにする、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの入口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を液体金属に凝縮させるために、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端を封止し、残りの金属蒸気および搬送ガスが前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端から出ることを防ぐために、前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端に位置する少なくとも１つの封止機構をさらに備え、前記少なくとも１つの出口導管の最も遠位のセクションに操作可能に接続される、前記加熱器が、前記対応する導管セクションを加熱するときに、前記コントローラによってさらに、前記少なくとも１つの封止機構が、前記少なくとも１つの出口導管の前記遠位端を封止する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記保持タンクを加熱するための加熱器、および前記保持タンクを冷却するための冷却デバイスのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク内の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記保持タンク内に移動可能な障壁をさらに備え、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の供給源と、
前記少なくとも１つの出口導管から前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に排出される、残りの金属蒸気および搬送ガスを圧送するために、前記少なくとも１つの出口導管、ならびに前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に操作可能に接続される、ガス圧送デバイスと、
をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの出口導管、および前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、ガスポンプ入力導管と、前記ガスポンプ入力導管に操作可能に接続される、追加の搬送ガスの供給源と、をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記金属蒸気および搬送ガス混合物中に存在する揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮し、その量を減少させるために、前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を冷却するように前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、少なくとも１つの冷却トラップデバイスをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
金属蒸気を凝縮するための装置であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を、前記少なくとも１つの入口導管から受容するために、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、液体金属の保持タンクと、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を前記保持タンクから受容するために、前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管と、
前記少なくとも１つの出口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を固体金属に凝固させるために、前記少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスと、
前記固体金属を、前記少なくとも１つの出口導管から前記保持タンクに押すように操作する、前記少なくとも１つの出口導管内に位置する、少なくとも１つの機械デバイスと、
を備える、装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの入口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を液体金属に凝縮させるために、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第２の冷却デバイスをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの出口導管内の前記固体金属を、前記少なくとも１つの出口導管より速く圧縮して、前記少なくとも１つの出口導管の前記表面から分離するために、前記少なくとも１つの出口導管をさらに冷却することをさらに含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記保持タンクを加熱するための加熱器、および前記保持タンクを冷却するための冷却デバイスのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク内の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの第１の冷却デバイス、および前記少なくとも１つの機械デバイスを制御するためのコントローラをさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
前記保持タンク内に移動可能な障壁をさらに備え、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
金属蒸気および搬送ガスの前記混合物の供給源と、
前記少なくとも１つの出口導管から前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に排出される、残りの金属蒸気および搬送ガスを圧送するために、前記少なくとも１つの出口導管、ならびに前記金属蒸気および搬送ガスの混合物の前記供給源に操作可能に接続される、ガス圧送デバイスと、
をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの出口導管および前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、ガスポンプ入力導管と、前記ガスポンプ入力導管に操作可能に接続される、追加の搬送ガスの供給源と、をさらに備える、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記金属蒸気および搬送ガス混合物中に存在する揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮してその任意の量を減少させるために、前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を冷却するように、前記ガス圧送デバイスに操作可能に接続される、少なくとも１つの冷却トラップデバイスをさらに備える、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、
金属蒸気および搬送ガスを前記少なくとも１つの入口導管から受容するために、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、液体金属の保持タンクと、
前記保持タンクからの前記金属蒸気およびガス混合物を受容するための前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも一組の出口導管であって、前記組の各出口導管が、共有の入力セクションと、共有の出力セクションとを有し、かつ個別の出力セクションを有する、出口導管と、
前記出口導管内の前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させるために、それぞれが対応する出口導管に操作可能に接続されている、一組の冷却デバイスと、
前記出口導管内の前記固体金属を融解させるために、それぞれが対応する出口導管に操作可能に接続されている、一組の加熱器と、
前記出口導管の組に操作可能に接続される、複数の弁と、
前記冷却デバイスの組のそれぞれが、前記対応する出口導管のそれぞれにおいて固体金属を凝縮するとき、前記金属蒸気およびガス混合物を、前記共有の入力セクションから平行な前記出口導管の組を通して前記共有の出力セクションへと通過させるため、ならびに前記金属蒸気およびガス混合物が、前記共有の入力セクションから連続する前記出口導管の組を通して前記組の出口導管の前記個別の出力セクションへと通過するようにするために、前記冷却デバイスの組、前記加熱器の組、および前記複数の弁を制御するためのコントローラであって、前記組の加熱デバイスが、前記組の他の出口導管内の固体金属を融解させるとき、対応する冷却デバイスが固体金属を凝縮する、コントローラと、
を備える、金属蒸気を凝縮するための装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの入口導管に入る前記金属蒸気の少なくとも一部を液体金属に凝縮させるために、前記少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスをさらに備える、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記保持タンク内に移動可能な障壁をさらに備え、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも一組の出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管の組からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
金属蒸気を凝固させるための方法であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を液体金属の保持タンクに配向し、続いて前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管に配向することと、
前記少なくとも１つの出口導管を冷却して、前記少なくとも１つの出口導管内の前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、
固体金属を凝固させることに続いて、前記出口導管のうちの少なくとも１つの冷却を停止し、同じ出口導管の加熱を開始して、前記固体金属を融解させて液体金属を形成することと、
前記保持タンク内に前記液体金属を回収することと、
前記残りの金属蒸気および搬送ガスが、同じ出口導管の前記加熱の少なくとも一部の間に、同じ出口導管から出ることを防ぐことと、
を含む、方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの入口導管を冷却して、前記少なくとも１つの入口導管内の前記金属蒸気の一部を液体金属に凝縮させることと、前記保持タンク内に前記液体金属を回収することと、をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
場合によって、前記保持タンクを加熱すること、および冷却することのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
金属蒸気および搬送ガスの混合物を、前記少なくとも１つの入口導管から、前記保持タンク内の前記液体金属中に直接放出することをさらに含み、前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク内の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの出口導管からの前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を、ガス圧送デバイスに配向することと、前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を、金属蒸気の供給源に圧送することと、をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物が、前記ガス圧送デバイスに入る前に、追加の搬送ガスを前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物に追加することをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記残りの混合物が前記ガス圧送デバイスに入る前に、前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物を冷却することと、前記混合物からの揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮してその量を減少させることと、をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記保持タンク内に移動可能な障壁を提供することであって、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能であることと、
前記出口導管内の前記金属蒸気を凝固させるとき、前記移動可能な障壁を前記第１の閉鎖位置で維持することと、
前記出口導管内の前記固体金属を融解させるとき、前記移動可能な障壁を前記第２の開放位置で維持することと、
をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４１】
金属蒸気を凝固させるための方法であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を、液体金属の保持タンク内に配向し、続いて前記保持タンクに操作可能に接続され、複数のセクションを有し、第１のセクションが保持タンクの近位にある、少なくとも１つの出口導管内に配向することと、
前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクションを冷却し、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクション内の前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、
前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクション内で固体金属を凝固させることに続いて、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクションの前記冷却を停止し、前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクションの加熱を開始して、前記固体金属を融解させて液体金属を形成させることと、
前記少なくとも１つの出口導管の前記第１のセクションの遠位にある、前記少なくとも１つの出口導管の第２のセクションを冷却して、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクション内の前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、
前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクション内の固体金属を凝固させることに続いて、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクションの前記冷却を停止し、前記少なくとも１つの出口導管の前記第２のセクションの加熱を開始して、前記固体金属を融解させて液体金属を形成させることと、
前記保持タンク内に前記液体金属を回収することと、
前記少なくとも１つの出口導管の遠位端セクションの前記加熱の少なくとも一部の間に、前記金属蒸気および搬送ガスが、前記少なくとも１つの出口導管から出ることを防ぐことと、
を含む、方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの入口導管を冷却して、前記少なくとも１つの入口導管内の前記金属蒸気の一部を液体金属に凝縮させることと、前記保持タンク内の前記液体金属を回収することと、をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
場合によって、前記保持タンクを加熱すること、および冷却することのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を、前記少なくとも１つの入口導管から、前記保持タンク内の前記液体金属中に直接放出することをさらに含み、前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク内の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも１つの出口導管からの前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を、ガス圧送デバイスに配向することと、前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を、金属蒸気の供給源に圧送することと、をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物が、前記ガス圧送デバイスに入る前に、追加の搬送ガスを前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物に追加することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記残りの混合物が前記ガス圧送デバイスに入る前に、前記残りの金属蒸気および搬送ガスの混合物を冷却することと、前記混合物からの揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮してその量を減少させることと、をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
前記保持タンク内に移動可能な障壁を提供することであって、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能であることと、
前記出口導管内の前記固体金属を融解させないとき、前記移動可能な障壁を前記第１の閉鎖位置で維持することと、
前記出口導管内の前記固体金属を融解させるとき、前記移動可能な障壁を前記第２の開放位置で維持することと、
をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
金属蒸気を凝縮するための方法であって、
金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を、液体金属の保持タンク内に配向し、続いて前記保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管内に配向することと、
前記少なくとも１つの出口導管を冷却し、前記少なくとも１つの出口導管内の前記金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、
前記固体金属を、前記少なくとも１つの出口導管から前記保持タンクに押し出すことと、
を含む、方法。
【請求項５０】
少なくとも１つの入口導管を冷却して、前記少なくとも１つの入口導管内の前記金属蒸気の一部を液体金属に凝縮させることと、前記保持タンク内に前記液体金属を回収することと、をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
場合によって、前記保持タンクを加熱すること、および冷却することのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記金属蒸気および搬送ガスの混合物を、前記少なくとも１つの入口導管から前記保持タンク内の前記液体金属中に直接放出することをさらに含み、前記少なくとも１つの入口導管が、前記保持タンク内の前記液体金属中に部分的に沈められている、請求項４９に記載の方法。
【請求項５３】
前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を少なくとも１つの出口導管からガス圧送デバイスに配向することと、前記残りの金属蒸気および搬送ガス混合物を金属蒸気の供給源に圧送することをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５４】
前記金属蒸気および搬送ガスの残りの混合物が、前記ガス圧送デバイスに入る前に、追加の搬送ガスを前記金属蒸気および搬送ガスの残りの混合物に追加することをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
金属蒸気および搬送ガスの残りの混合物が、前記ガス圧送デバイスに入る前に、前記金属蒸気および搬送ガスの残りの混合物を冷却することと、前記混合物からの揮発性元素および化合物のうちの少なくとも１つを凝縮してその量を減少させることと、をさらに含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記保持タンク内に移動可能な障壁を提供することであって、前記障壁が、前記保持タンク内の液体金属からの金属蒸気が、前記少なくとも１つの出口導管に入ることを防ぐための第１の閉鎖位置と、前記出口導管からの融解した固体金属が、前記保持タンクに入ることを可能にするための第２の開放位置との間で移動可能であることと、
前記出口導管内の前記金属蒸気を凝固させるとき、前記移動可能な障壁を前記第１の閉鎖位置に維持することと、
前記個体金属を前記少なくとも１つの出口導管から前記保持タンクに押し入れるとき、前記移動可能な障壁を前記第２の開放位置に維持することと、
をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下、２０１１年７月８日に出願された米国仮特許出願第６１／５０５，９５８号、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｔａｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｌｏｗ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｖａｐｏｒ」の利益を主張し、その内容は本明細書において参照することによりその全体が組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、蒸気状態の金属種を回収すること、より具体的には、金属蒸気を凝縮してその比較的高い回収を達成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
マグネシウムは、最低密度の工業用金属であり、その合金は顕著な比剛性および比強度を呈する。マグネシウムは、金属の中で比較的低い沸点を呈し、そのためいくつかのプロセスはそれを蒸気として生成し、インライン蒸留を可能にする。しかしながら、すべての金属のうち、その融点で最も高い蒸気圧（ほぼ２トール）も呈する。このため、完全な質量移動を伴う場合でも相当量のマグネシウムがその融点で蒸気相に残留するため、マグネシウム蒸気を液体として凝縮することが困難であり、蒸気相中に相当量のマグネシウムが残るか、または固体金属粒子を生成することのいずれかを避けるように温度を極めて慎重に制御しなければならない。液体金属生成物は、プロセスから液体を除去してインゴットもしくは部品に鋳造すること、他の金属との合金にすること、または他の有用な生成物を形成することが、固体の場合よりもはるかに容易であるため、固体生成物よりも有利である。
【０００４】
マグネシウム産業において数十年間標準とされている、Ａｌｌｅｎ（米国特許第２，５１４，２７５号）およびＰｉｄｇｅｏｎ（米国特許第２，８３７，３２８号）のもの等の凝縮器装置は、固体マグネシウムのみを生成する。Ｓｃｈｍｉｄｔ（米国特許第３，５０５，０６３号）による液体マグネシウム凝縮器は、アルミニウム合金生成に適したマグネシウム−アルミニウム合金を生成するが、マグネシウム系合金に十分なマグネシウムを含有しない。
【０００５】
Ｓｃｈｏｕｋｅｎｓら（米国特許第７，６４１，７１１号）によるデバイスは、マグネシウム分圧０．７〜１．２大気圧（７０〜１２０ｋＰａ）で蒸気から液体マグネシウムを凝縮させる。このデバイスは、その温度でマグネシウムを生成することができる、Ｍａｇｎａｔｈｅｒｍ金属熱マグネシウム還元技術（米国特許第２，９７１，８３３号および第４，１９０，４３４号を参照）等のプロセスのために、マグネシウムを液体として回収する。しかしながら、大気圧付近での金属熱生成に必要な１８００℃を超える高温で（米国特許第５，０９０，９９６号および第５，３８３，９５３号を参照）、マンガン、鉄、ニッケル、および銅等の他の元素は揮発性であり、不純物としてマグネシウム生成物に進入し得る。Ｓｃｈｏｕｋｅｎｓの凝縮器は、入力マグネシウム分圧が０．７大気圧（７０ｋＰａ）以下であるとき、例えば、Ｐｉｄｇｅｏｎプロセス（米国特許第２，３８７，６７７号を参照）および同様の低圧金属熱還元プロセスに有効ではない。Ｓｃｈｍｉｄｔの特許（米国特許第３，５０５，０６３号）は、金属熱還元蒸気流から液体マグネシウムを生成することが困難である別の理由を示しており、それは、マグネシウムが凝縮器に入る可変または「拍動」率およびその蒸気圧であり、液体マグネシウムを確実に生成するために十分な凝縮器温度を厳密に制御することを非常に困難にする。
【０００６】
図１に示される固体酸化物膜（「ＳＯＭ」）電解プロセス（米国特許第５，９７６，３５４号および第６，２９９，７４２号を参照）は、純粋な酸素ガスおよび金属を金属酸化物から効率的に生成する。ＳＯＭ電解によってマグネシウムを生成するとき（例えば、Ａ．Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｘ．Ｇ．Ｌｕ  ａｎｄ  Ｕ．Ｂ．Ｐａｌ，″Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｆｒｏｍ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ，″Ｍｅｔａｌｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．３６Ｂ：４６３，２００５を参照）、この温度での操作がジルコニアＳＯＭの高イオン導電性を促進し、蒸留によってマグネシウム生成物を精製するため、電解セルを１０９０℃のマグネシウム沸点を超えて操作するために便宜的である（図１に示される）。あいにく、マグネシウム生成物分圧が閾値を超えるとき、ジルコニアＳＯＭと反応して損傷し、その閾値平衡マグネシウム分圧は、１１５０℃で約０．１５ａｔｍ、１３００℃で０．３３ａｔｍ（それぞれ１５および３３ｋＰａ）。金属熱還元とは異なり、ＳＯＭ電解において、電流はマグネシウム生成率を決定する。金属熱プロセスにおける反応率よりもＳＯＭ電解における電流を制御することが容易であるため、凝縮器におけるマグネシウム分圧および温度の変動がはるかに少ない。これは、（必須というわけではないが）このプロセスの液体凝縮器の操作を促進し、そのマグネシウム分圧で、Ｓｃｈｏｕｋｅｎｓらの凝縮器は、上述のとおり有効ではない。一方、塩凍結および他の減少に起因して、マグネシウムのＳＯＭ電解等の自己加熱電解セルを遮断および再開することが困難である。したがって、このプロセスのマグネシウム凝縮器が周期的な遮断なしに連続的に動作することができることが重要である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様において、金属蒸気を凝縮させるための装置および方法が開示される。
【０００８】
本発明の別の態様において、金属蒸気を凝縮させるための装置は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管から受容するために少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、液体金属の保持タンクと、を含む。本装置はまた、金属蒸気および搬送ガスの混合物を保持タンクから受容するために保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管と、少なくとも１つの出口導管に入る金属蒸気の少なくとも一部を固体金属に凝固させるために少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスと、を含む。本装置はさらに、固体金属の少なくとも一部を融解させ、続いて保持タンクに流入させるために、少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの加熱器と、少なくとも１つの出口導管の遠位端を封止して、出口導管が加熱されているときに、残りの金属蒸気および搬送ガスが出口導管の遠位端から出ることを防ぐために、少なくとも１つの出口導管の遠位端に位置する、少なくとも１つの封止機構と、を含む。
【０００９】
本発明のさらなる態様において、金属蒸気を凝縮させるための装置は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管から受容するために少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、保持タンクと、を含む。本装置はまた、金属蒸気およびガスの混合物を保持タンクから受容するために保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管を含む。少なくとも１つの出口導管は、保持タンクの近位に位置する近位端と、保持タンクの遠位に位置する遠位端と、を有する。少なくとも１つの出口導管は、複数のセクションを有する。本装置はさらに、少なくとも１つの出口導管の対応するセクション内の金属蒸気の一部を固体金属に凝固させるために、少なくとも１つの出口導管の対応する複数のセクションに操作可能に接続される、複数の冷却デバイスと、少なくとも１つの出口導管の対応するセクション内の固体金属を融解させるために、少なくとも１つの出口導管の対応する複数のセクションに操作可能に接続される、複数の加熱器と、を含む。本装置はまた、複数の冷却デバイス、および複数の加熱器を制御するためのコントローラを含む。コントローラは、（１）少なくとも１つの出口導管の第１のセクションに操作可能に接続される、複数の冷却デバイスのうちの第１の冷却デバイスが、少なくとも１つの出口導管の第１のセクション内の金属蒸気を冷却して固体金属に凝固させ、（２）この第１の冷却デバイスの操作に続いて、少なくとも１つの出口導管の第１のセクションに操作可能に接続される、複数の加熱器のうちの第１の加熱器が、少なくとも１つの出口導管の第１のセクション内の固体金属を加熱して融解させ、（３）少なくとも１つの出口導管の第２のセクションに操作可能に接続される、複数の冷却デバイスのうちの第２の冷却デバイスが、少なくとも１つの出口導管の第２のセクション内の金属蒸気を冷却して固体金属に凝縮させ、（４）この第２の冷却デバイスの操作に続いて、少なくとも１つの出口導管の第２のセクションに操作可能に接続される、複数の加熱器のうちの第２の加熱器が、少なくとも１つの出口導管の第２のセクション内の固体金属を加熱して融解させるようにする。
【００１０】
本発明のさらに別の態様において、金属蒸気を凝縮させるための装置は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管から受容するために少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、保持タンクと、を含む。本装置はまた、金属蒸気および搬送ガスの混合物を保持タンクから受容するために保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管と、少なくとも１つの出口導管に入る金属蒸気の少なくとも一部を固体金属に凝固させるために少なくとも１つの出口導管に操作可能に接続される、少なくとも１つの第１の冷却デバイスと、固体金属を、少なくとも１つの出口導管から保持タンクに押すように操作する、少なくとも１つの出口導管内に位置する、少なくとも１つの機械デバイスと、を含む。
【００１１】
本発明のなおもさらなる態様において、金属蒸気を凝縮させるための装置は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を受容するための少なくとも１つの入口導管と、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管から受容するために少なくとも１つの入口導管に操作可能に接続される、保持タンクと、保持タンクからの金属蒸気およびガス混合物を受容するための保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも一組の出口導管と、を含む。この組の各出口導管は、共有の入力セクションと、共有の出力セクションと、を有し、かつこの組の各出口導管は、個別の出力セクションを有する。本装置はまた、一組の冷却デバイスを含む。各冷却デバイスは、出口導管内の金属蒸気の一部を固体金属に凝固させるために、対応する出口導管に操作可能に接続される。本装置はさらに、一組の加熱器を含む。各加熱器は、出口導管内の固体金属を融解させるために、対応する出口導管に操作可能に接続されている。本装置はまた、出口導管の組に操作可能に接続される、複数の弁と、冷却デバイスの組のそれぞれが、対応する出口導管のそれぞれにおいて固体金属を凝固させるとき、金属蒸気およびガス混合物を、共有の入力セクションから平行な出口導管の組を通して共有の出力セクションへと通過させるため、ならびに金属蒸気およびガス混合物が、共有の入力セクションから連続する出口導管の組を通ってその組の出口導管の個別の出力セクションを通過するようにするために、冷却デバイスの組、加熱器の組、および複数の弁を制御するためのコントローラと、を含み、その組の加熱デバイスがその組の他の出口導管内の固体金属を融解させるとき、対応する冷却デバイスは固体金属を凝固させる。
【００１２】
本発明の別の態様において、金属蒸気を凝縮させるための方法は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、金属蒸気および搬送ガスの混合物を液体金属の保持タンクに配向し、続いてその保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管に配向することと、少なくとも１つの出口導管を冷却して、その少なくとも１つの出口導管内の金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、を含む。本方法はさらに、固体金属を凝固させることに続いて、出口導管のうちの少なくとも１つの冷却を停止し、同じ出口導管の加熱を開始して、固体金属を融解させて液体金属を形成することと、保持タンク内に液体金属を回収することと、残りの金属蒸気および搬送ガスが、同じ出口導管の加熱の少なくとも一部の間に、同じ出口導管から出ることを防ぐことと、を含む。
【００１３】
本発明のなおもさらなる態様において、金属蒸気を凝縮させるための方法は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、金属蒸気および搬送ガスの混合物を液体金属の保持タンクに配向し、続いてその保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管に配向することとを含む。少なくとも１つの出口導管は複数のセクションを有し、第１のセクションは保持タンクの近位にある。本方法はさらに、少なくとも１つの出口導管の第１のセクションを冷却して、その少なくとも１つの出口導管の第１のセクション内の金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、少なくとも１つの出口導管の第１のセクション内の固体金属を凝固させることに続いて、少なくとも１つの出口導管の第１のセクションの冷却を停止し、その少なくとも１つの出口導管の第１のセクションの加熱を開始して、固体金属を融解させて液体金属を形成することを含む。本方法はまた、少なくとも１つの出口導管の第２のセクションを冷却することを含む。第２のセクションは、少なくとも１つの出口導管の第１のセクションの遠位にあり、少なくとも１つの出口導管の第２のセクション内の金属蒸気の一部を固体金属に凝固させる。本方法はまた、その少なくとも１つの出口導管の第２のセクション内の固体金属を凝固させることに続いて、少なくとも１つの出口導管の第２のセクションの冷却を停止し、その少なくとも１つの出口導管の第２のセクションの加熱を開始して、固体金属を融解させて液体金属を形成することと、保持タンク内に液体金属を回収することと、少なくとも１つの出口導管の遠位端セクションの加熱の少なくとも一部の間に、金属蒸気および搬送ガスが少なくとも１つの出口導管から出ることを防ぐことと、を含む。
【００１４】
本発明のさらに別の態様において、金属蒸気を凝縮させるための方法は、金属蒸気および搬送ガスの混合物を少なくとも１つの入口導管内に配向することと、その金属蒸気および搬送ガスの混合物を保持タンク内に配向し、続いてその保持タンクに操作可能に接続される、少なくとも１つの出口導管内に配向することと、を含む。本方法はまた、少なくとも１つの出口導管を冷却して、少なくとも１つの出口導管内の残りの金属蒸気の一部を固体金属に凝固させることと、固体金属を少なくとも１つの出口導管から保持タンク内に押し出すことと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マグネシウム蒸気を生成するためのＳＯＭ電解プロセスの概略である。
【図２】本発明の第１の実施形態による凝縮器の概略である。
【図３】本発明の第２の凝縮器実施形態の概略である。
【図４】本発明の第３の実施形態による金属蒸気源凝縮器および保持タンクのブロック図である。
【図５】本発明の第５の凝縮器実施形態の概略である。
【図６】凝縮器の通常動作中の本発明の第５の凝縮器実施形態の概略である。
【図７】凝縮器内の固体金属沈着を融解させる凝縮器の動作中の本発明の第５の凝縮器実施形態の概略である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、液体マグネシウムもしくは他の液体金属、または蒸気状態の他の種を凝縮させるための方法および装置を説明する。ある実施形態は、１００Ｐａ〜７０ｋＰａの間の分圧で蒸気を凝縮し、液体生成物中の入力金属蒸気の９５％以上を回収する。実施形態は、ＳＯＭ電解、金属熱還元、蒸留、および低蒸気圧で金属を形成するために必須または便宜的な同様のプロセスと併せて、液体マグネシウムを生成するために有用である。
【００１７】
図１は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から純粋なマグネシウム金属を得るための例示のＳＯＭ電解プロセスおよび装置の概略を示す。酸化マグネシウムを融解塩浴中で加熱し、電解して純粋なマグネシウムガスおよび純粋な酸素ガスを形成する。例示の装置のカソードにおいて、マグネシウムイオンは還元されて純粋な気体マグネシウムを形成し、融解塩浴から噴き出る。例示の装置のアノードにおいて、酸素アニオンはＳＯＭ膜を透過して液体銀中に入ることが可能であり、この酸素アニオンは純粋な酸素ガスに酸化されて装置から噴き出る。したがって、図１に示されるＳＯＭ装置は、金属蒸気の供給源、例えば、マグネシウム蒸気であり得る。金属蒸気の他の供給源も本発明の範囲内である。
【００１８】
図２は、２つの凝縮段階を含む凝縮器システム１００を示す。凝縮器システム１００は、第１の凝縮器管、導管、または搬送ガス、実例ではアルゴンとともに、例えば、ＳＯＭ電解セルからタンク１０２に金属蒸気を搬送する、管もしくは導管の組（以下「入口管（複数可）」１０１を含む。管／導管壁は、実例では空気または水を冷却液として用いて、液体ジャケット１０３により冷却され、ガス温度を入口温度からその金属の融点（ｍ．ｐ．）に近いがそれ以下ではない温度に低減させる（例えば、融点≦Ｔ≦融点＋１００℃）。この範囲は例示であり、この範囲外の他の値も本発明の範囲内である。加えて、冷却用液体ジャケットの使用は、導管がどのように冷却され得るかを説明する一例である。他の既知の冷却剤が使用され得るが、本発明の範囲内である。ガス温度は金属露点（すなわち、金属平衡蒸気圧がガス中のその分圧に等しい温度）以下に低下するにつれて、次にこれは蒸気中の金属の一部を管（複数可）１０１内の液体１０４に凝縮させる。管（複数可）１０１内の凝縮された液体金属１０４がタンク１０２に流入するように、管（複数可）１０１は下方に傾斜するか、または液体金属タンク１０２の中に垂直に下降する。
【００１９】
保持タンク１０２は、凝縮された液体金属１０４を含有し、金属担持ガスは、この保持タンク１０２を通り、凝縮された液体金属１０４を越えて流れる。タンク１０２は、電気もしくはガス加熱器または１つ以上の流体ジャケット（複数可）１０５によって加熱もしくは冷却され、その温度を均一かつ金属の融点付近で金属の融点より上に保持する（例えば、融点≦Ｔ≦融点＋５０℃）。この範囲は例示的であるが、この範囲外の他の値も本発明の範囲内である。
【００２０】
第２の凝縮器管、導管、または管もしくは導管の組（以下、「出口管（複数可）」）１０６は、搬送ガスおよび金属蒸気混合物をタンク１０２から離す。管壁は、流体ジャケット１０７によって冷却され、ガスを金属の融点より十分に低い温度に冷却して、残りの金属のほぼすべてを固体１０８として凝固させる。機械動作（固体金属沈着物を出口管から（例えば、液体タンク内に）物理的に押し出す）および／または周期的再融解（管の１つ以上を通る流れを周期的に遮断し、それを凝縮された金属の融点以上に加熱して固体金属沈着物を融解させる）は、この金属を保持タンク１０２内に押し入れる。出口管１０６が再加熱されているとき、出口管（複数可）１０６の遠位端に位置するガス流カットオフ弁１０９を閉鎖することができ、加熱プロセスから生じる金属蒸気が出口管１０６から漏出することを防ぐ。
【００２１】
出口管（複数可）１０６を加熱して、電気抵抗加熱要素１１０によって、電磁誘導加熱によって、燃焼炎によって、またはその周囲の流体ジャケットを通じて高温流体を流すことによって、固体凝固物１０８を再融解させることができる。この高温流体は、後次に出口管（複数可）１０６に転換して出口管（複数可）１０６を加熱する、入口管（複数可）１０１の周囲の流体ジャケット１０３を出る高温流体であり得る。マグネシウム凝縮器の場合、入口管（複数可）１０１、保持タンク１０２、および出口管（複数可）１０６は、例示的に、炭素鋼、ニッケルを含まないステンレス鋼合金、ステンレス鋼で外側を被覆した炭素鋼、チタン、またはチタン合金で形成され得るが、他の製造材料も本発明の範囲内である。
【００２２】
固体金属沈着物を出口管から物理的に押し出す機械動作は、出口管（複数可）の内径よりわずかに小さい外径を有する棒または円柱を使用して達成され得る。例えば、棒または円柱の外径は、出口管（複数可）の内径より０．２５インチ〜１インチ小さくてよい。この範囲は例示であり、この範囲外の他の値も本発明の範囲内である。棒は、丸い出口管（複数可）に対して円柱形であり得るか、または正方形もしくは長方形の形状である出口管（複数可）に対して正方形もしくは長方形の形状であってもよい。棒は、出口管（複数可）の形状に一致する任意の形状であってよい。あるいは、出口管（複数可）と同じ形状であり、出口管（複数可）の内径よりわずかに小さな外径を有する円盤が末端に取り付けられた棒を有するプランジャーデバイスを使用してもよい。
【００２３】
出口管（複数可）から固体金属を除去する追加の方法は、出口管（複数可）を液体金属で洗い流すことであり、これが固体金属の融解および保持タンクへの除去を生じる。これを行うために、出口管（複数可）を洗い流すために使用される任意の液体金属は、固体金属を融解させて、それが出口管（複数可）を通って移動するにつれて固体化することを避けるために十分に高温でなければならない。
【００２４】
出口管（複数可）から固体金属を除去する追加の方法は、出口管（複数可）をさらに冷却することによって、出口管（複数可）内の固体金属とその出口管（複数可）自体の金属との間に十分に大きな熱膨張係数差を得ることである。大きな熱膨張係数差は、出口管（複数可）内の固体金属を出口管（複数可）から剥離させる。例えば、マグネシウムとスチールとの間の熱膨張係数差は大きいため（マグネシウムの場合２５ｐｐｍ／℃および鋼の場合１２ｐｐｍ／℃）、出口管（複数可）がスチール製であり、固体マグネシウムを含有する場合、出口管（複数可）をさらに冷却することによって、出口管（複数可）の内壁からマグネシウムを剥離させる。次に、剥離したマグネシウムは、上記のとおり、機械動作を使用するか、または出口管（複数可）を液体金属で洗い流すことによってより容易に除去される。
【００２５】
保持タンク１０２は任意に、蓋、カバー、または液体金属１０４の表面の上、および入口管（複数可）１０１と出口管（複数可）１０６の下に位置する他の移動可能な障壁１１１を有し、保持タンク１０２内に含有される液体金属１０４の蒸発を防ぐ。液体金属の凝縮が入口管（複数可）１０１内で発生しておらず、搬送ガス中の金属蒸気の分圧がその融点においてその平衡蒸気圧以下であるときに発生する固体金属の凝固のみが出口管（複数可）１０６内で発生しているとき、この任意の蓋またはカバー１１１を使用して、保持タンク１０２内の液体金属１０４を被覆することができる。この蓋もしくはカバー１１１は、出口管（複数可）１０６が固体金属を液体金属に融解させるとき、または固体金属を保持タンクに１０２に機械的に押し戻しているときに除去される。
【００２６】
本明細書に記載される実施形態の特徴のうちの１つの利点は、この装置が、これらの特徴なしに可能なものより大きな割合の進入金属を回収できるように、出口管（複数可）１０６の出口における金属の平衡蒸気圧が、その金属の融点よりはるかに低くなり得ることである（例えば、マグネシウムの場合、３５０℃で１０−６ａｔｍ）。したがって、この装置は、金属の進入蒸気圧が０．７〜１．２気圧範囲より十分に低いとき、および進入する金属蒸気の露点がその融点以下であるときにも金属を凝固させるために有用である。入力ガス流温度および金属蒸気圧の変動、例えば、マグネシウムの金属熱生成において見出されるものに対しても頑強である。別の利点は、それらの管の一部は、金属を融解させるか、機械的に押し出すか、または洗い流す間に選択的に封止され得るが、他の管は開いたままで固体金属をさらに凝固させるため、出口管（複数可）から凝固した固体金属を除去するために完全に遮断せずに連続的に動作する能力である。
【００２７】
凝縮器装置の実施形態は、マグネシウム等の金属の一次生成のためのプロセス（例えば、金属熱および電解プロセス）との併用だけでなく、蒸留および電気精錬によってマグネシウムおよび他の金属を精錬するプロセス、ならびに金属蒸気の他の供給源にも有用である
【００２８】
図３は、上記の凝縮器システム１００の特徴のうちのいくつかを共有する凝縮器システム２００の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態において、入口管（複数可）１０１の出口２０１は、液体金属表面に浮遊する、例えば、直径５ｃｍ未満の金属蒸気および搬送ガスの小気泡２０２を生成するように、保持タンク１０２内の液体金属１０４中に沈められている。この範囲は例示であるが、この範囲外の他の値も本発明の範囲内である。このような小気泡２０２は、ガスを冷却し、その残りの金属の一部を液体として凝縮させるために、急速なガス液体熱および物質移動動態を促進する、大きな表面積を呈する。気泡はさらに液体金属１０４を攪拌し、この場合、搬送ガスが保持タンク１０２内の液体金属１０４を攪拌することは、液体金属温度を略均一に保持するために、熱移動を強化することができる。前述のとおり、液体金属温度は、その金属の融点以上である必要がある。この攪拌は、合金化元素、例えば、アルミニウム、マンガン、希土類金属、および亜鉛を液体マグネシウムに混合して、均質合金を形成することもできる。亜鉛または他の高揮発性金属が合金中に存在するとき、出口管（複数可）１０６は、任意の金属を凝縮させて、蒸発した金属を保持タンク１０２に戻す働きをすることができる。この実施形態において、凝縮された液体金属１０４は、したがって、ガス混合物を内部に含む管１０１の沈められた部分の冷却剤として機能する。
【００２９】
図４は、凝縮器システム３００の第３の実施形態を示す。この第３の実施形態において、ガス圧送デバイスまたは再循環ポンプ３０１は、残りの搬送ガス３０２、実例としてアルゴンを出口管（複数可）から再循環させて、マグネシウム蒸気を生成する金属蒸気供給源３０３のプロセスチャンバ（例えば、ＳＯＭ電解るつぼ）に戻す。任意に、本装置は、揮発性元素もしくは化合物を凝縮によって除去するために、このアルゴンを連続的または周期的に冷却トラップを通して再配向することができ、この冷却トラップは、アルゴンまたは他の搬送ガスを冷却する凝縮器であり、ガス中に残留する揮発性元素または他の化合物の一部をガスから凝縮させる。図示されていないが、冷却トラップは、凝縮器と搬送ガス追加の間に位置し得る。この冷却トラップは、例示的に、水、液体窒素もしくはアルゴン、他の冷却剤、または冷ガスによって冷却されてよいが、他の冷却液またはデバイスも本発明の範囲内である。凝縮器の出口管（複数可）から冷却トラップに移動するアルゴンまたは他の搬送ガスがいずれも加熱し、冷却トラップ温度を維持するために必要とされるエネルギーまたは冷却液を減少させるために、冷却トラップから戻るアルゴンまたは他の搬送ガスによって部分的に冷却されるように、熱交換器を有してもよい。圧力を維持し、漏出による損失を埋め合わせるために、回路の最低圧部分である、再循環ポンプ３０１の前に、搬送ガスを追加する手段を含んでもよい。この実施形態の場合、出口管（複数可）内の固体金属凝固後に搬送ガス３０２中に残留する金属の極めて低い蒸気圧は、トラップおよび／またはポンプの閉塞、ならびにポンプの障害を生じ得る、冷却トラップおよび／または再循環ポンプ内の金属凝固を防ぐ助けとなり、したがって、再循環ポンプ３０１の動作に有益であり得る。
【００３０】
本発明の前記実施形態の特徴のうちの多くを共有する、本発明の第４の実施形態において、出口管（複数可）は、それらの長さに沿って複数の融解領域を有し、以下の順に動作する。第１に、金属蒸気は、保持タンクから出口管（複数可）の第１の領域に入る。この第１の領域は、保持タンクに最も近い出口管（複数可）の一部である。この第１の領域は、上記のとおり最初に冷却され、金属蒸気を固体金属に凝固させる。次にこの第１の領域は、上記のとおり加熱され、固体金属を液体金属に融解させて、保持タンクに流し戻す。この加熱プロセスは、いくらかの金属蒸気を形成し、これが出口管（複数可）のさらに上にある出口管（複数可）の第２の領域に移動する。
【００３１】
出口管（複数可）のこの第２の領域は、最初に冷却され、第１の領域から受容した金属蒸気を固体金属に凝固させる。次にこの第２の領域は加熱され、固体金属を液体金属に融解させて、これが出口管（複数可）の第１の領域、および最終的に保持タンクに逆流する。この加熱プロセスは、いくらかの金属蒸気を形成し、これが出口管（複数可）のさらに上にある出口管（複数可）の第３の領域に移動する。
【００３２】
出口管（複数可）のこの第３の領域は最初に冷却され、第２の領域から受容された金属蒸気を固体金属に凝固させる。次にこの第３の領域は加熱され、固体金属を液体金属に融解させて、これが出口管（複数可）の第２の領域、ならびに最終的に出口管（複数可）の第１の領域および保持タンクに逆流する。この加熱プロセスは、いくらかの金属蒸気を形成し、これが出口管（複数可）のさらに上にある追加の領域に移動する。
【００３３】
上記のように、任意のガス流カットオフ弁は、出口管（複数可）の遠位端に位置する。このガス流カットオフ弁は、このプロセス中に開き、搬送ガスが出口管（複数可）から出ることを可能にする。金属蒸気が出口管（複数可）から漏出させずに出口管（複数可）の最終領域から固体金属を取り除くために、ガス流カットオフ弁を閉じ、続いて最終領域を加熱して、その最終領域内の固体金属を液体金属に融解させ、これが前の領域に逆流する。ガス流カットオフ弁が閉じているため、加熱プロセスによって形成される任意の金属蒸気は、出口管（複数可）内に残留する。次に出口管（複数可）の最終領域は再冷却され、ガス流カットオフ弁が開かれる。あるいは、このプロセス中に複数の領域を同時に加熱することができる。
【００３４】
この第４の実施形態において、各追加の領域は、凝縮器を出る金属蒸気の量を減少させ、および／または凝縮器を出る金属蒸気の量に対する指定の制限に必要な休止時間を減少させる。つまり、周期的に融解させる１つの領域で連続的に動作することによって、その加熱時間中に凝縮器を出る金属の時間平均率ａを生じる場合（例えば、それが、１０分の１の時間で金属を加熱および融解させると、その金属の１０分の１が第２の凝縮器管に入るため、ａ＝０．１である）、２つの領域は理論的に、ａ２に金属出口損失を減少させることができ（この例では、ａ２＝０．０１であるため、その金属の９９％が維持される）、３つの領域はそれをａ３に減少させ、以下同様である。あるいは、周期的に融解する１つの領域で動作することによって、搬送ガス流が遮断される時間率ｂを生じる場合（例えば、搬送ガスを含まない金属を１０分の１の時間で加熱して融解させると、１０分の１の休止時間を生じるため、ｂ＝０．１である）、２つの領域での操作は、理論的にダウンタイムをｂ２に減少させることができ（この例では、ｂ２＝０．０１であるため、プロセスは９９％の動作可能時間を達成する）、３つの領域は、それをさらにｂ３に減少させ、以下同様である。
【００３５】
本発明の第５の実施形態において、図５〜７に示されるように、出口管の並列システムは、任意の時間の間、流れを遮断する必要なく、凝縮器を通る連続的な金属蒸気および搬送ガス流を可能にする。図５は、金属蒸気および搬送ガスを保持タンクから受容するための入口４０１、金属蒸気を固体金属に凝固させるための左凝縮器管４０２および右凝縮器管４０３、搬送ガスを排出するための主要排出口４０４、主要排出口弁４１２、搬送ガスを排出するための右出口排出口４０５および左出口排出口４０７、ならびに右出口弁４０６および左出口弁４０８を有する、出口管の並列システムを示す。左凝縮器管４０２は、入口４０１の近位に位置する、左凝縮器管入口弁４１０および右凝縮器管入口弁４１１も有する。
【００３６】
図６は、並列動作における並列出口管システムを示す。残りの金属蒸気および搬送ガスは、保持タンクから入口４０１の中に流れ、続いて左凝縮器管４０２および右凝縮器管４０３の中に流れ、いずれも入口４０１に接続されている。左および右凝縮器管４０２および４０３は、流体ジャケットまたは他の冷却手段によって冷却され、蒸気およびガスを金属の融点より十分に低い温度に冷却し、残りの金属のほぼすべてを固体として凝固させる。搬送ガスは、続いて凝縮器から出て主要出口４０４を通って流れる。
【００３７】
図７は、固体金属が融解され、保持タンク内に回収される機構を示す。主要出口弁４１２が閉じているとき、右凝縮器管出口弁４０６は開き、右凝縮器管入口弁４１１は閉じている。これは、残りの金属蒸気および搬送ガス４１３を保持タンクから入口４０１を通り、左凝縮器管４０２を通り、右凝縮器管４０３を通って、右凝縮器管出口４０５から流れ出るようにする。左凝縮器管４０２は次に、金属の融点を超えて加熱され、左凝縮器管４０２内の固体金属を融解させて、得られる液体金属４０９を入口４０１から保持タンク内に逆流させる。この加熱プロセスから生じる任意の金属蒸気は、右凝縮器管４０３に搬送され、そこで固体金属に再凝固される。このプロセスがしばらくの間、実行可能であった後、左凝縮器管４０２は、金属の融点以下に冷却される。
【００３８】
次に右凝縮器管出口弁４０６は閉じ、右凝縮器管入口弁４１１は開かれ、左凝縮器管出口弁４０８は開かれ、左凝縮器管入口弁４１０は閉じられる。これは、残りの金属蒸気および搬送ガスを保持タンクから入口４０１を通って、右凝縮器管４０３を通り、左凝縮器管４０２を通って左凝縮器管出口４０７から流れ出る。次に右凝縮器管４０３は、その金属の融点を超えて加熱され、右凝縮器管４０３内の固体金属を融解させ、得られた液体金属を入口４０１から保持タンク内に逆流させる。この加熱プロセスから生じる任意の金属蒸気は、左凝縮器管４０２に搬送され、そこで固体金属に再凝固される。このプロセスがしばらくの間、実行可能であった後、右凝縮器管４０３は、金属の融点以下に冷却される。凝縮器システムは次に、左凝縮器管出口弁４０８を閉じ、左凝縮器管入口弁４１０を開き、主要出口弁４１２を開くことによって、その標準動作状態に戻される。上記の実施形態の一部において、様々な加熱器、冷却デバイス、弁、ポンプ、および他のシステム要素は、当該技術分野において既知のもの等のプロセス制御システムまたはコントローラによって制御される。例えば、制御要素（加熱器、冷却器、弁等）は、分散制御システム（ＤＣＳ）、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、または他の型のプロセス自動化装置に接続され得る。コントローラは、凝縮器システムの様々な導管を通る所望の流路を得るために弁を調整する論理を含む。さらに、コントローラは、加熱器と冷却デバイスを循環し（オン／オフデバイスの場合）、および／または所望の温度範囲を得るために加熱および／または冷却を調整する。
【００３９】
本明細書に開示される様々な装置の制御システム、論理、および／または操作は、コンピュータシステムまたはコンピュータ化された電子デバイスとともに使用するために、関連付けられたデータベース（複数可）を有するコンピュータプログラム製品として実装されてよい。そのような実装は、一連のコンピュータ命令、または論理を含み、コンピュータ可読媒体等の有形媒体（例えば、ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリもしくは固定ディスク）上に固定されるか、またはモデムもしくは他のインターフェースデバイス、例えば、媒体上でネットワークに接続される通信アダプタを介して、コンピュータシステムもしくはデバイスに伝送可能であるかのいずれかである。
【００４０】
媒体は、有形媒体（例えば、光学もしくはアナログ通信ライン）または無線技術で実装される媒体（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラー、電磁波、赤外線、もしくは他の伝送技術）のいずれかであってよい。一連のコンピュータ命令は、システムのある実施形態に関して、本明細書に記載される機能性の少なくとも一部を具体化する。当業者であれば、そのようなコンピュータ命令が、多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムとともに使用するために、多数のプログラミング言語で書き込まれ得ることを理解するはずである。
【００４１】
さらに、そのような命令は、任意の有形メモリデバイス、例えば、半導体、磁気、光学、または他のメモリデバイスに記憶されてよく、任意の通信技術、例えば、光学、赤外線、電磁波、または他の伝送技術を使用して伝送され得る。
【００４２】
そのようなコンピュータプログラム製品は、付属の印刷文書または電子文書とともにリムーバブル媒体として配布され得るか（例えば、市販ソフトウェア）、コンピュータシステムによりプレロードされ得るか（例えば、システムＲＯＭもしくは固定ディスク上）、またはネットワーク上のサーバもしくは電子掲示板から配布され得る（例えば、インターネットもしくはワールドワイドウェブ）ことが予想される。当然のことながら、本発明のいくつかの実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータプログラム製品）およびハードウェアの両方の組み合わせとして実装されてよい。本発明のさらに他の実施形態は、全体をハードウェアとして、または全体をソフトウェアとして実装される（例えば、コンピュータプログラム製品）。
【００４３】
本発明の一実施形態を使用して行われたある実験において、マグネシウム蒸気は約１０００℃で凝縮器システムに入り、入口管内で約７５０℃に冷却されて、マグネシウム蒸気の一部を液体マグネシウムに凝縮させた。残りのマグネシウム蒸気および搬送ガスは、本発明により、１５０℃に冷却された冷却出口管に配向された。これらの出口管から排出されたガスは、測定可能な量のマグネシウムを含んでいなかった。
【００４４】
本発明の一実施形態を使用する別の計画された一連の実験において、金属蒸気および搬送ガスは、入口管内で液体金属に凝縮され、その液体金属は保持タンク内で回収され、残りの金属蒸気および搬送ガスは、連続して接続され、冷却される一連の２つの出口管に入る。一実験において、保持タンクに接続される第１の出口管は、周期的に加熱されて固体金属を融解させ、それが保持タンクに逆流するか、または機械デバイスを使用して、凝縮された固体金属を保持タンクに押し戻す。第１の出口管の遠位端に接続される第２の出口管は、加熱されない。実験の最後に、第１および第２の出口管を計量して、２つの管内の固体金属の量を測定する。追加の金属質量は、保持タンク内の金属質量の１％未満になると予測する。第２の実験において、第１および第２の出口管は連続的に冷却される。実験の最後に、第１および第２の出口管を計量して、２つの管内の固体金属の量を測定する。追加の金属質量は、保持タンク内の金属質量の約４％〜５％になると予測する。この一連の実験は、２段階凝縮器の有効性を示すと予測する。
【００４５】
本明細書に記載される凝縮器装置は、特にカルシウム、銅、亜鉛、ナトリウム、カリウム、リチウム、およびサマリウムを含む、マグネシウム以外の多数の金属とともに使用され得ることは、当業者には容易に明らかであろう。
【００４６】
他の実施形態は、以下の請求項の範囲内である。請求される発明のいくつかの実施形態は、例えば、図１〜７に示されているが、他の実施形態も存在し、これらも請求項の範囲内に含まれる。上記の説明は例示であり、本発明は以下の請求項によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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