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L'invention est relative à l'emploi d'une pompe à métal liquide conducteur dans un dispositif d'actionnement mécanique et à une pompe actionnant un dispositif de commande rempli de liquide pour transformer la pression de pompage en mouvement mécanique 'utile. De tels dispositifs seront appelés "relais" par commodité.
Des pompes à métal liquide conducteur électromé- caniques, ou pompes de Farraday comme on les appelle parfois, fonctionnent sur le même principe que tout moteur rotatif, à savoir que le champ établi par un courant dans un conduc- ' teur placé' dans un champ magnétique interagit avec le champ existant.et le conducteur se déplace. Dans le cas de la pompe de Faraday, on utilise Le métal liquide comme conducteur mobile.
Un relais suivant l'invention peut utiliser une très petite pompe de ce type, qui est efficace. La pompe aveo, le dispositif d'actionnement peut être faite assez petite pour être utilisée comme dispositif de commande dans des endroits tels que des maisons d'habitation, des écoles et des bâtiments commerciaux et le courant d'entrée admis au dispositif ne doit pas dépasser delui d'une forme ordinaire d'appareil de commande. Le dispositif peut être utilisé avec un type quelconque de métal liquide conducteur tel que le mercure, le sodium ou des alliages de sodium et de potassium suivant l'emploi.
La pompe développe une pression relativement élevée par unité de puissance d'entrée et se trouve par conséquent capable d'être utilisée efficacement comme relais hydraulique.
Ceci n'est pas vrai des pompes ordinaires qui sont principale
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mentdes dispositifs d'écoulement et qui sonc des pompes du type à roue entraînée par l'eau et du type à vis.
Figure 1 est une coupe transversale d'un relai combiné à une soupape.
Figure 2 est une coupe transversale suivant la, ligne II-II de la figure 1.
Figure 3 est une coupe transversale agrandie de la partie de pompe suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
Figure 4.est une coupe transversale de la pompe suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
Figure 5 est un schéma de la pompe montrant .le parcours du courant à travers le dispositif.
Figure 6 est un graphique montrant L'addition de deux flux composants dans l'intervalle de la poulpe.
Figure 7 montre une variante de l'une des chambres à liquide dans le relais montré à la figure 1, et
Figure 8 montre la seconde pompe.
Les dessins montrent une soupape 10, d'un cype ordinaire, ayant un orffice d'admission 11 et un orifice d'évacuation 12 séparés par une barrière 13 qui a une ouvertu- re conformée avec un siège de soupape 14. L'écoulement d'un fluide de l'orifice d'entrée 11 par le siège de soupape 14 et l'orifice de sortie 12 est contrôlé par une tête de soupa- pe 15. La tête de soupape 15 est reliée à une tige 16 et s'é- tend dans le relaya métal liquide conducteur 30. La soupape 10 contient une troisième ouverture en 17 coaxiale à la tige 16. L'ouverture 17 à son bord extérieur porte des filets 18 et une bride 20 .
Sur les filets 18, et serrée de manière étroite contre la bride 20, se trouve montée une bague souple 21 pour assurer l'étanchéité de la soupape 10 par rapport au
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fo.n.c\. du rlaiS 30. Une rondelle de centrage 22 fdrme presque coftiplùtej-.neti1,11 ouverture 17 sauf en un petit trou 23 qui
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sert pour centrer la tige de soupape 16. Au sommet de la tige de soupape,16 est fixée une plaque 24 de retenue de ressort qui sert de limite à un ressort (de compression 25 compris entre cette plaque. et la rondelle de centrage 22.
Le relais 30 .est de forma cylindrique et comprend un lourd anneau de basé en métal 31'avec des filets inté- rieurs 32 qui s'adaptent au filet 18 du corps de soupape la.
L'anneau ou bague 31 contient également un trou 33 qui li- mite la rondelle de centrage 22 de telle sorte que la tige de soupape 16 soit convenablement alignée avec le centre du relaie 30. A l'eanneau de base 31 est fixé un soufflet 34.
Ces deux pièces sont réunies en 35 de toute manière convena- ble, par exemple par soudure. Cet agencement forme une chambre 36 qui est en communication avec l'orifice d'entrée 11 de la soupape 10,-par le passage de fuite autour de la tige de soupape 16, là où la tige de soupape 16 passe à tra- vers la rondelle de centrage 22. On peut voir que comme la chambre 36 est fermée en 35, la tige de soupape 16 est libre de fonctionner sans qu'il soit besoin d'aucune garni- ture étanche qui la retienne à l'endroit du trou 23.
Le relais 30 est construit, en outre, avec une piè- ce cylindrique en métal 37 qui, est reliée à l'anneau de base 31 en 38 de toute manière convenable, par exemple par soudu- re ou brasure. La. pièce 37 est également fermée par une pla- que métallique circulaire 40 qui est brasée ou soudée autour de la circonférence de la pièce 37. On remarquera que cette plaque 40, la pièce cylindrique 37, l'anneau de base 31 et le soufflet 34 ferment une chambre close 41. La chambre 41 communique avec une pompe 60 à métal liquide conducteur par un petit canal d'alimentation 42 et un canal 62 (qu'on voit le mieux à la figure 3).
La partie supérieure du relaie 30 est formée
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en attachant un soufflet 43 au haut de la plaque 40 en un point 44 par un joint de soudure ou de brasure. Le soufflet 43 forme alors avec la plaque 40 une chambre close 45 au-des- sus de la plaque 40. Cette chambre est reliée par un canal d'alimentation 46 (qu'on voit. le mieux à la figure 2) à un canal 61 de la pompe 60 à métal liquide conducteur. Pour protéger le soufflet 43 des détériorations, un couvercle 47 est placé par-dessus le soufflet et est attaché au soumet de la pièce 37 par. tout moyen convenable. Le soufflet 43 est exposé à 1' atmosphère grâce aux trous 48.
On verra que lorsqu'un liquide métallique conduc- teur remplit les chambres 45 et 41 et est enlevé de la charnu bre 45 par le canal d'alimentation 46 et pompé par la pompe 60 dans la chambre 41 par le canal, d'alimentation 42, le soufflet 34 sera écrasé par la pression de pompage. Le soufflet,43 sera écrasé à son tour par la pression de l'at- mosphère qui entre pa.r les trous 48. L'effet de pomper le métal liquide conducteur dans la chambre 41 à travers le canal d'alimentation 42 est; d'écraser le soufflet 34 et de forcer la pièce de retenue 24 du ressort à descendre. Cette action comprime le ressort 25 et amène la tige de soupape 16 à se déplacer vers le bas et à asseoir la pièce de soupape 15 contre le siège de soupape 14.
L'action inverse de cette opération peut être obtenue simplement en arrêtant l'action de pompage par mise hors circuit de la pompe 60, et en per- mettant au ressort 25 de se détendre pour obliger la plaque de retenue de ressort 24 de s'approcher de la plaque 40, òr.. gant ainsi le métal liquide à passer de la chambre 41 à la chambre 45. Le contrôle du fluide passant à travers l'orifi- ce d'admission 11, le siège de soupape 14 et l'orifice de sortie 12 peut être du type tout ou rien, peut être modulé
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en mettant la pompe périodiquement en circuit et horscir- cuit, ou en modulant l'alimentation de la pompe.
La pompe 60 est montée sur le côté du relais 30 en sorte que l'élec- trode de pompe 63 qui contient les canaux d'alimentation 61 et 62 soit en alignement avec les canaux d'alimentation correspondants 42 et 46 du relaie 30. Des barrières isolantes 66 et 66a séparent l'électrode 63 d'une structure magnétique qui se compose d'une pièce en forme d'U 67 et de deux pièces en forme d'L 68 et,69. Les pièces magnétiques 67, 68 et 69 sont tenues ensemble par les deux vis 70 et 71 pour former un circuit magnétique en forme de C. Les tasses 72 et, 73 des structures magnétiques 68 et 69 sont en alignement avec les bords extérieurs des canaux d'alimentation 61 et 62.
Les ,Pièces magnétiques 68 et 69 sont, à leur tour, réunies à des pièces isolantes additionnelles 74 et 74a et sont appuyées par les deux électrodes 64 et 65.' Des pièces isolan- tes 66, 66a, 74 et 74a peuvent être de toute matière isolan- ye convenable, par exemple d'un vernis ou d'un corps isolant arrêtant la chaleur. Un troisième élément isolant ou barriè- re 75 sépare les électrodes 64 et 65 et passe à travers l'intervalle formé par les pièces magnétiques de face 72 et
73. La barrière isolante 75 est prise dans l'électrode 63 entre-les orifices d'alimentation 61 et 62.
Avec la barrière isolante.75 en place, l'intervalle entre les pièces magnéti- ques de face 72 et 73 a la forme d'un canal rectangulaire supérieur 79 et d'un canal rectangulaire inférieur 78 (figu- re 4). Les deux extrémités des canaux 76 et 79 sont fermées par des pièces isolantes 77 et 78 et maintenues en place par des plaques 80 et 81 -retenues par des vis 82.
Les canaux d'alimentation 61 et 82 sont placés l'un au-,dessus de l'autre et tout près d'une extrémité de l'électrode 63. La pièce isolante 75 a une ouverture reliant
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les canaux 76 et 79 à l'extrémité éloignée des canaux d'ali- mentation 61 et 62, et de telle sorte qu'un canal continu est formé par le canal d'alimentation 61,passant au canal 79 au-dessus de l'isolant 75, jusqu'à l'extrémité éloignée des canaux d'alimentation, passant à travers l'ouverture d'inter- connexion dans l'isolateur 75, allant dans le canal 76 en dessous de la pièce isolante 75 et revenant au canal d'alimen' -tation 62.
Lorsque la pompe est reliée au relaie 30, le courant de liquide venant de la chambre à liquide 41'du
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dispositif d'aotionnement passe par le canal d'alijùentation j d'interconnexion 62, par le canal 76, retourne par l'extrémi- té de l'isolant 75, retourne dans le/canal 79 au-dessus de l'isolateur 75 vers le canal d'alimentation 61 et de là dans le réservoir à liquide 45 du relais 30.
La pompe 60 est alimentée en énergie par les con- ducteurs 90 et 91. Du courant est fourni à une bobine 92 qui est enroulée sur un corps de bobine isolant 89 et consti ' tue le primaire d'un transformateur 93. Ce transformateur possède le noyau habituel formé de lames 94. Le secondaire est une simple spire formée d'une barre de cuivre 95, dont les extrémités libres 96 et 97 sont attachées aux électrodes 64 et 65 respectivement. Dans un agencement de ce type, la tension de sortie du transformateur 93 est extrêmement basse mais le courant disponible au transformateur est très grand.
Le secondaire 95 est isolé des autres parties par de l'air.
En fournissant au transformateur une entrée à 115 volts, le transformateur a une sortie d'environ 1/30e de volt et fournit approximativement 250 amères. Comme les extrémités 96 et 97 de la spire-95 sont reliées directement; aux élec- trodes 64 et 65 en plaçant un matériau donducteur dans les canaux 76 et 79, du courant s'écoulera dans le secondaire du transformateur 93.
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Le courant électrique pour cette pompe est fourni par une source de courant 100 par les conducteurs 102 et 103 et een contrôlé par un commutateur 101 monté en série.
Le commutateur ou interrupteur 101 pourrait être remplacé par n'importe quel type de dispositifs de contrôle conve- nables, soit de type tout ou rien, soit d'un type modulant la puissance de sortie de la source d'énergie 100. Le trans- formateur 93, la source d'énergie 100, les conducteurs 102 et 103 et l'interrupteur 101 pourraient être remplacés par une source de courant continu reliée directement aux élec- trodes 64 et 65.
Le fonctionnement de la pompe électromagnétique à métal liquide conducteur peut se comprendre le mieux en se reportant à la figure schématique 5 qui montre une struc-. ture magnétique isolée 120 en forme de C. Dans l'ouverture 121 de cette structure, est placée une pièce isolante'122.
Une électrode 123 forme la fermeture d'un côté de l'ouverture 121 dans la structure magnétique 120. 'Dans cette structure 123 se trouve prise une extrémité de la pièce isolante 122.
Du côté intérieur de la structure magnétique 120 il y a deux électrodes 124 et 125. L'électrode 124 est placée au-dessus de la pièce isolante 122 et l'électrode 125 est placée en- dessous de la'pièce isolante 122. Avec cet agencement, la structure magnétique isolée 120 en forme de C, en combinaisoj avec les électrodes 123, 124, 125 et la barrière 122 forme un passage supérieur ou intervalle 126 et un passage infériez ou intervalle 127. A l'extrémité 130 de l'électrode 124 est ' relié un conducteur 131 qui va à une source d'énergie 132.
Cette source d'énergie revient par le conducteur 133 à l'extrémité éloignée 134 de l'électrode 125.
Si les canaux 126 et 127 sont remplis d'un métal liquide conducteur, le courant s'écoulera de la qource
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d'énergie 130 par un conducteur 131 vers l'extremité de l'électrode 130 et se distribuera d'une certaine manière le long de l'électrode 124. Le courant s'écoulera alors à travers l'intervalle supérieur 126 par le métal liquide conducteur dans l'électrode 123, revenant par l'intervalle 127 et le métal liquide'conducteur dans l'électrode de fond 125. Le courant s'écoulera alors dans l'électrode 125 et la quittera à l'extrémité 134 par le conducteur 133, et fera retour à la source 132.
Lorsqu'un courant s'écoule dans un conducteur, un champ magnétique s'établit autour du conducteur. Le courant s'écoulant dans l'électrode de sommet 124 età travers l'intervalle 126 vers l'électrode 123 crée des trajets de flux magnétique dans la structure magnétique 120, mais comme le courant s'écoule à une extrémité du dispositif, la distribution de flux tie sera pas linéaire dans la struc- ture magnétique 120. Les traj ets de flux tendent à se con, centrer à l'extrémité d'entrée et peuvent être représentés par la courbe A de la figure 6. Dans cette figure, on a porté en abscisses la longueur de l'intervalle et en ordonnée le flux.
Cette courbe n'est pas rectiligne mais se trouve très près d'une droite pour les buts pratiques. Si le cou- tant s'écoulant dans l'intervalle supérieur 126 était le seul courant s'écoulant, la structure magnétique 120 ten- drait à être saturée à l'extrémité du'trajet de flux élevé, ou à l'extrémité où se fait l'entrée du courant à l'électro- de 124 à l'extrémité 130. Pour obtenir un fonctionnement efficace d'un dispositif de cette nature, il faudrait une structure magnétique 120 excessivement grande. Si, comme dans la pompe 60,le courant est- ramené en bouclant complète- ment la structure magnétique, on obtient une seconde compo- sante de flux.
Le courant s'écoulant de l'électrode 123
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par l'interv lle 127 d.ans l'électrode 125 et sortant du bout de l'électrode 125 en 134 crée une concentration de composantes de trajet de flux qui peut être représentée par la courbe B à la figure 6. Lorsque ces deux courbes sont combinées, une distribution de flux uniformese produit dans la structure magnétique 120 comme représentée par la courbe C. Cet agencement assure une utilisation complète du flux magnétique auto-engendré par le courant s'écoulant dans l'intervalle d'une/pompe électromagnétique à métal liquide.
Dans des dispositifs de la technique antérieure, le flux auto-engendré dans la structure magnétique était généralement ignoré et il a été caché par l'addition d'un enroulement excitateur séparé. Dans certains cas, ce flux a été considéré d'une nature perturbatrice en sorte que des essais ont été faits pour le supprimer complètement avant de prévoir l'ali- mentation séparée de la structure magnétique. Dans cette pompe, il ne faut pas d'alimentation séparée.
Figure 7 montre un agencement du relai 30 qui contient les mêmes éléments en dessous de la plaque de séparation 40 que la figure 1. La différence entre ces deux dispositifs est le remplacement du soufflet- 43 par une cham- bre 150 complètement fermée. Dans ce cas, la pièce couvercle 151 est rattachée de manière complètement étanche à la pièce de séparation 40 et le métal liquide conducteur 152 est ajou- té pour déplacer approximativement un quart du volume total de la chambre fermée 150. En fonctionnement, le liquide 152 est enlevé de la chambre 150, créant un léger vide sous la pièce couvercle 151.
Les principes de fonctionnement montrés à la figure 5 peuvent être appliqués à de nombreux agencements physiques. Un tel agencement est celui de la. pompe 160 mon- tré à 'la figure 8. La pom@e 160 est formée en plaçant deux
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structures magnétiques isolées en forme de tasse 161 et 162 ensemble pour former un intervalle annulaire désigne de manière générale en 163? Les structures magnétiques 161 et 162 présentent en découpures les ouvertures 164 et 165. A l'intérieur des structures 161 et 162 sont placées deux électrodes de cuivre ou d'un autre matériau conducteur 166 et 167. L'électrode 166 possède un prolongement 168 qui remplit l'ouverture 165 et passe à l'extérieur de la structu- re magnétique 162.
Le prolongement 168 possède, en outre, un orifice d'admission 170 qui descend à travers le prolonge- ment 168 et communique avec le dessus de l'intervalle annu- laire 163. En opposition diamétrale au prologgement 168 se trouve un prolongement 171 de l'électrode 167. Ce prolon- gement, toutefois, est massif. Un orifice de sortie 172 formé d'un tube descend à travers la structure magnétique 162 directement au-dessus du prolongement 171 et communique avec.le dessus de l'intervalle 163.
Les électrodes 166 et 167 sont séparées par une barrière isolante 173. Cette barrière divise l'intervalle 163 en un canal supérieur 174 conducteur de liquide et un anneau de métal au fond 175 qui est en réalité une partie de l'électrode 167. On comprendra que l'anneau 1'75 pourrait être remplacé par un autre canal de métal liquide mais il n'est pas montré sous cette forme par simplicité. Ce changement nécessiterait aussi d'autres modifications légère telles que de placer l'orifice de sortie 172 dans le prolon-' gement 171 de l'électrode 167.
En conformant convenable- ment l'anneau 175 de l'électrode 167, l'anneau 175 constitue la paroi extérieure de l'intervalle 174. Due pièce isolante 176 est placée entre les électrodes 166 et 167 à l'ouverture 165 dans la structure 162. On remarquera, en outre, que l'électrode 166 forme la paroi intérieur de l'intervalle
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174 comme visible en 177. La pompe 160 est ainsi formée de manière à avoir un orifice d'entrée 170 et deux canaux
74 l'un allant dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre jusqu'à Lui orifice de sortie commun 172.
Lorsqu'une source de courant est montée entre les prolongements d'électrodes 168 et 171, un courant s'écoule dans l'électrode de dessus 166 et se distribue de manière égale autour de la paroi 177 de l'intervalle intérieur de l'électrode 166. Le courant passe alors à travers l'inter- valle à la bague 175, retourne dans l'électrode 167 et sort par le prolongement 171 vers la source. En chaque point le long du métal liquide de 1.'intervalle 174 il y a un courant qui s'écoule hors de la structure magnétique et revient dans la structure exactement au même endroit. Ces courants qui s'écoulent établissent deux champs de flux composants dans les structures 161 et 162 et peuvent à nouveau. être représentés par les courbes A et B et la courba résul- tante C de la figure 6.
Le flux utilisé pour créer l'action de pompage est fourni par le courant provoquant le pompage et ne nécessite pas de bobines additionnelles comme source on @e flux comme/en utilise en d'autres pompes à métal liquide.
REVENDICATIONS.- 1.-. Relais/compreant une pompe électromagnétique à métal liquide conducteur dont les orifices d'entrée et de sortie sont reliés respectivement à deux chambres, le vol@ me de l'une d'entre elles étant variable pour produire des mouvements en réponse à des changements de la pression de pompage.