JPH01264560A

JPH01264560A - 環状通路を有するファラデー型電磁ポンプ

Info

Publication number: JPH01264560A
Application number: JP8841988A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Miura; 邦明三浦; Yuzo Teruyama; 雄三照山; Kazuo Kobayashi; 一夫小林
Original assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Sukegawa Electric Co Ltd
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1989-10-20
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0789734B2

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】［産業上の利用分野コ　　　・本発明は、液体すトリウム等の導電性流体を輸送するこ
との出来る電磁ポンプに関し、特に、ファラデー型電磁
ポンプに関する。

・　　　［従来の技術］従来、液体ナトリウム等の導電性流体を輸送する場合、
いわゆる電磁ポンプが広く利用されており、この電磁ポ
ンプには大きく二つの型式があり、その一方はインダク
ション型電磁ポンプであり、他方はファラデー型電磁ポ
ンプである。

しかしながら、前者のインダクション型電磁ポンプは、
移動磁界によって導電性流体中に発生する誘導電流と、
その移動磁界との相互作用によって流体を駆動する為、
ファラデー型の様に電極を必要としないので構造的には
有利な面があるものの、出力特性解析難しいという面か
ある。

一方、このファラデー型電磁ポンプは、一般に、例えは
第８図こご示すようここ、ステンレス鋼等から成る断面
矩形状の流体通路１の上下方向に磁界を掛げ、その左右
の側壁に電極２．３を取り付けて構成される。すなわち
、この通路１の側壁を通してその内部を通過する導電性
流体４に電流を流し、フレミングの左手の法則に従った
方向に力Ｆを与えて流体を駆動してやるものである為、
出力解析は非密に簡単である。

また、第９図にも示すように、上記の流体通路１−を矩
形に代えて円形断面とするものも提案されている。図に
おいて、参り、―番号５は熱応力を緩和するために電極
２）：３に形成されたスリットを示している。

「発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記の従来技術になるファラデー型電磁
ポンプでは、特に第８図に示す断面矩形状の流体通路１
を用いるものにあっては、この通路１の断面が矩形であ
るがゆえｔこ機械強度上に難点かある。すなわち、断面
矩形の流体通路は、内部を通過する流体による内圧、曲
け、捩じり等に対して強度的に弱く、配管を接続する場
合、配管作業に伴って生じる曲けや捩じりによって上記
矩形通路か触指しない様に、ベロ−ズ等の曲げや捩じり
の防止装置の設置も考えざるを得ず、これでは、ポンプ
自体の構造・形状が簡単・小型な割に、他の配管設計等
が難しくなると言う問題点を有している。

また、第９図に示すような円形断面の流体通路を使用す
るものにあっては、円形断面の流体通路を使用するもの
にあっては、電極間の距離乙こ差異を生じ、その為、こ
の距離が短いｇ３分では電流の増加によるジュール熱ζ
こ起因する局部発熱を生じたり、流体内を流れる電流の
分布にも差異を生じ、流体の駆動圧力にも差異を生じ、
局部的な渦流や脈動を生じ、出力解析が難しく、解析結
果と合わなくなる等の問題が有る。

さらに、円形断面の流体通路を使用するものにあっては
、十分大きな電流を流体に流すためるこ上記電極と通路
との間の接触面を大きく取る必要があり、乙のために、
電極と通路とを可成り長い円弧面で接合することが必要
となり、接合作業がさらに難しくなる。すなわち、流体
通路を形成するＳＵＳ材は、電極を形成する電気抵抗の
小さい銅（Ｃｕ　）材を直接溶接することは出来ず、乙
れらを接合するにはＮ１を介しての溶接あるいはロウ付
けｔこ拠らざるを得ないが、特に、ファラデー型電磁ポ
ンプが使用される高速増殖炉の場合、流体である液体す
トリウムは６００℃にも達し、ｌ（Ａｇ’）ロウは使用
出来す、技術的にも難しい溶接に頼らざるを得ない。

そとで、本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑
み、機械的強度にも優れると共に、輸送流体に加わる推
力が均一となる優れた特性のファラデー型電磁ポンプを
提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記の本発明の目的は、導電性流体を通す通路を挾んで
対向する電極を設け、上記電極間に上記通路内を通過す
る導電性流体を介して電流を流し、この電流と直行する
ように磁界を形成する磁気回路とを備え、もって上記通
路内に流れる導電性流体ζこ推力を与えるファラデー型
電磁ポンプにおいて、上記通路は、径の異る複数の円管
の間に形成される環状通路を円周方向に複数分割して構
成し、上記電極を、上記通路内を通過する導電性流体を
介して流れる電流が上記環状通路の円周方向に通電する
ように配置し、さらに、上記磁気回路を上記環状通路の
円周方向に対して直角に交差するように形成したことを
特徴とする環状通路を有するファラデー型電磁ポンプに
よって達成される。

［作　　　用コすなわち、上記のファラデー型電磁ポンプによれは、導
電性流体を通す通路を径の異る複数の円管の間に形成さ
れる環状通路を円周方向に′　複数分割して構成し、ざ
らに、電極を上記通路内の導電性流体に流れる電流が上
記環状通路の円周方向に通電するように配置したことに
より、上記通路の機械的強度を十分に確保することがで
きると共に、円管によって通路を形成しても上記通路内
の導電性流体に流れる電流を均一にすることが可能とな
り、もって、輸送流体に加わる推力が均一なファラデー
型電磁ポンプを得ることが可能となる。

［実　施　例］以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら説明する。

第１図において、本発明になるファラデー型電磁ポンプ
は、同心上に組合わせた径の異なる断面円形の二つのス
テンレス管１０．１１を有し、これら二つのステンレス
管１０．１１の間に形成された環状の空間を利用して流
体通路を形成する。この環状の流体通路は隔壁１２によ
って円周方向に複数に、図中では、８個の扇状の部分に
分割され、これらの部分はそれぞれ参照番号１３ａ、１
３ｂ、１３ｃ、１３ｄ及び１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄによって示されている。そして、この実施例では、
８個に分割された扇状の部分は一つ置きに４個の流体通
路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄを形成し、他の扇
状の部分は継電部１４ａ、１４ｂ、１４Ｃ１１４ＣＩを
形成している。すなわち、上記流体通路１３ａ、１３ｂ
、１３ｃ及び１３ｄには、例えは液体金属すトす、ラム
等のポンプによって輸送されるべき導電性流体が満たさ
れており、継電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４．ｄに
は、やはり液体金属ナトリウム等の導電性流体が充填さ
れて上記流体通路への電流を供給しでいる。

そして、これらの継電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄの外周壁を形成するステンレス管１０の表面には銅等
の導電率の優れた材料から成る４個の電極１５が接続さ
れ、これら４個の一極の内、２個の電極１．５ａと１５
ｃは、正の電極として図には示されていない直流電源の
正の出力端子に接続され、他の２個の電極１５１〕と１
５ｄは、負の電極として上記直流電源の負の出力端子に
接続されている。

そして、第１図にも示されているように、上記二つのス
テンレス管１０．１１により形成された環状空間の内部
と外部にはそれぞれ内部継鉄１６．１６−と外部継鉄１
７．１７−が設けられており、これら外部継鉄１７．１
７−の−部にはコイル１８．１８−が巻装され、もって
起磁力を発生する。また、上記内部継鉄１６と外部継鉄
１７、上記内部継鉄１６−と外部継鉄１７−とがそれぞ
れ刊み合わされて２個の磁気回路を形成する様に配置・
構成されている。さらに、これらの内部継鉄１６．１６
−と外部継鉄１７．１７−とは、上記二つのステンレス
管１０．１１により形成された環状空間を挾んで対向し
ているが、この対向箇所は上記環状空間の８個に分割さ
れた扇状の部分の内、流体通路を形成する部分１３ａ、
１３１〕、１３ｃ及び１３ｄである。

また、第２図には、上記第１図に示したファラデー型電
磁ポンプの軸方向の断面が示されており、径の小さいス
テンレス管１１０両端部はその先端が徐々に細くして流
体の流れを乱さないように加工されており、径の大きい
ステンレス管１０の内部に、その中心軸上にスペーサ１
９を介して固定されている。

以上にその構成を説明した本発明になるファラデー型電
磁ポンプの動作について、以下に説明する。ます、上記
の二つのステンレス管１０．１１０間に形成された環状
の空間の円周方向に８個に分割された扇状部分の内、４
個の継電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄの間に形
成された４個の流体通路１３　ａ、１３ｂ、１３ｃ及び
１３ｄには、輸送すべき導電性流体が充填される。一方
、上記一対の外部継鉄１７．１７−の一部に巻装された
コイル１８．１８−には電源から電流が供給され、第１
図において矢印で示す方向に、起磁力ＮＩを発生ずる。

この起磁力ＮＩは、上記外部継鉄１７．１７−そして内
部継鉄１６．１６−を介してこれらの間に挿入されてい
る上記４個の流体通路１３ａ、１３１〕、１’３ｃ及び
１３ｄに磁界Ｂを生じる。この磁界Ｂは、図にも示すよ
うｔこ、上記４個の流体通路の内の２個の通路１３ａ、
１３ｃには、円周方向に垂直に交差して、かつ、その内
周から外周に向かって形成されるが、他の２個の通路１
３ｂ、１３ｄには、上記と同様に円周方向に垂直に交差
してはいるが、その外周から内周に向かう磁界Ｂか形成
される。

次に、上記の４個の電極に直流電源が接続されると、す
なわち、４個の電極の内、２個の電極１５ａ、１５ｃｊ
こは正の電圧が、一方、他の２個の電極１５ｂ、１５ｄ
には負の゛電圧が印加されると、電流■は、継電部１４
ｂ、１４ｄを通り、次のような経路で流れる。まず、継
電部１４１〕からの゛ル流■は、第１図る乙矢印で示す
ようしこ、円周方向心ご二つの方向に別れ、それぞれ隣
接する上記通路１３１〕、１３ｃを経て他の２個の継電
部１４ａ、ｉ４ｃへ流入し、負の電極１５ｂ、１５〔ｌ
へ戻る。また、継電部１４〔１からの電＞＝Ｔも、円周
方向に二つの方向に別れ、それぞれ隣接する上記通路１
３ａ、１：３ｄを経て２個の継電部ｉ４ａ、、４４ｃへ
流人しｌ、負の電極１５１〕、１５ｄへ戻る。そして、
このとき、電流を導通している上記４個の流体通路内の
導電性流体には、いわゆるファラデーの左手の法則に従
った力Ｆ゛、すなわち推力が発生する。乙の力Ｆの方向
は、上記流体通路１３ａ、１３１〕−ローに流れる電流■の方向は反対でも、通路内に形成される
磁束φの方向も反対になっているため、図中では前面に
向かう同じ方向の力となっている。また、上記流体通路
１３ｃ、Ｆａｄ内の流体に加わる力も上記と同様である
。

この様に、本発明になるファラデー型電磁ポンプによれ
は、ポンプを形成する流体通路を円筒状の２木の管体で
形成することが可能であるため、機械強度的に優れたも
のとすることが出来る。また、２本の管体で形成する環
状の空間を円周上ζこ複数に分割して流体通路とすると
共にその一部を継電部とし、もって、電流を上゛記流体
通路内の円周方向に流れる構造としたととここより、円
筒状の管体で流体通路を構成したここも拘らず、電流の
偏在や局部集中による発熱、推力の不均一による乱流や
渦流の発生等を生じない、極めて優れた特性を有するフ
ァラデー型電磁ポンプとすることができる。

また、上記の電磁ポンプの構造によれは、環状に配置さ
れた複数の継電部により隣接する複数の流体通路に電流
を供給する構造を採用し・でいるため、継電部を共用す
ることが可能となり、比較的狭いスペースでも十分に大
きな容量を有する電磁ポンプを構成することができる。

そして、その磁気回路も、既に説明した様に、その閉磁
路中に二つの流体通路を形成している乙とから上記と同
様に小形化に好適である。ざらに、上記の電磁ポンプの
構造によれは、円筒状の管体で流体通路を構成したにも
拘らず、従来であれは必要とされた、例えは円筒表面の
湾曲面上に可成り広い範囲に渡ってステンレス鋼と鋼材
とをＮｉ溶接などで接合するという困難な作業を伴わす
、その製造が比較的容易である。

第３図には、上記第１図に示すファラデー型電磁ポンプ
の継電部ｉ　４　ａの変形例が示されており、上記継電
部１４　ａを形成する隔壁１２の一部乞こ貫通穴２′０
を複数設けている。すなわち、この変形例では、乙れら
の貫通穴２０を通してζ隣接する通路１３〔１，１３ａ
を流れる導電性流体の一部が上記継電部ｉ４ａの内部に
流れ込み、内ｇＢ空間を充填してこれを継電部の導体と
して利用するものである。また、乙の変形例では、上記
継電部１４ａの中もこ充填した導゛亀性流体に発生した
カスも上記貫通穴２０を通して外部に抜き取ることがで
き、特ζこ６ｒ）Ｏ’Ｃ１こも達する液体すトリウムを
輸送する高速増殖炉用のファラデー型電磁ポツプとして
有利である。さらに、図中に点線で示されるように、上
記継電部１４ａを形成する空間は、隔壁２１によってス
テンレス管１０の軸方向に、一定区間毎に区切られでお
り、これによって、上記継電ｉ１＜　１４　；Ｌ内に充
填された導電性流体が漏れ磁束により推力な゛　受けて
移動するのを防止する。

第４図には、上記第３図と同様乙こ、第１図に示すファ
ラデー型電磁ポツプの継電部１４ａの変形例が示されて
いる。特に、乙の変形例では、高温での使用において問
題となる熱１膨張を緩和するため、上記継電部１４　ａ
の空間を、−枚のステンレス板１２−７￥「コ」の字状
に加二［シて外側の外壁を構成するステンレス管１０こ
こ接合したものである。また、上記第１図や第３図でも
同様であるが、上記継電部１４ａの外壁に接合されてい
る電極１５１−］には熱応力を緩和するための複数のい
わゆるスリット２２が形成されている。

第５図及び第６図には、本発明ζこなるファラデー型電
磁ポンプの他の実施例が示されている。

この実施例では、第５図に示す様に、４個の電極１５ａ
、１５１：＋、１５ｃ、’１’５ｄか、環状空間を形成
するステンレス管１０の外壁上の上記継電部１４ａ、１
４１〕、１４ｃ、１４ｄに対応する部分に、円周上に接
合されると共に、さらに、上記ステンレス管１０の軸方
向ここも他の電極１５１ａ、１５１　ｂ、１５１ｃ、１
５１ｄ及び１５２ａ、１５２１）、１５２Ｃ１１５２ｄ
等（ただし、図中には電極１５１ａ、１５　ｌ　ｂのみ
が示されている）か配置されでいる。図からも明らかな
ように、これらの他の電極は、ステンレス管１（］の軸
方向においてお互いに隣接するものとはその極性が異な
るように配置され、例えは、正の電極１５ａに対し、電
極１５１ａは負の電極に、そして電極１５２ａは正の電
極になっている。また、上記電極１５ａと電極１５１ａ
との間の軸方向の距離〔１は、継電部１４ａ、１４ｂ間
の周方向の距離りよりも大きく成るようζこ配置されて
おり、さら乙こ電極１５ａと１５／ａの間に絶縁板１９
が入れてあり、このため、電流は軸方向には流れず、□
周方向にのみ流れるようになっている。

ざらζこ、第６図には、上記第５図のファラデー型電磁
ポンプの磁束発生部か示されており、図にも示されるよ
うに、第１図の内部継鉄１６、外部継鉄１７、そしてコ
イル１Ｂと同様に、内部継鉄１６１、外部継鉄１７１、
そしてコイル１８１とから構成される磁器回路がステン
レス管１０の円周上に、かつ、その軸方向に所定の距離
をもって複数配置され、これしこよコて、第５図におい
て矢印で示すような方向に磁界Ｂを形成している。

第７図には、上記第６図に示すファラデー型電磁ポンプ
の磁束発生部の変形例が示されでおり、その断面図から
も明らかなように、複数の内部継鉄１６１−５外部継鉄
１７１−１そしてコイル１８１−が交互ζこ円管１０．
１１を挾んで結合し、もって円管１０．１１の軸方向に
対して、内部から外部へ、外部から内部へ交互に変化す
るｆｌ！ｔＶＩ−を形成している。

以上に説明した上記他の実施例によれは、磁器回路がス
テンレス管１０の軸方向にも複数配置することが可能と
なり、もって、その推力が大き、くかつ輸送力の大きな
ファラデー型電磁ポンプとすることが、可能となる。

［発明の効果］以上の説明からも明らかなようここ、本発明乞こよれは
、機械的強度に優れたファラデー型電磁ポンプを提供す
ることが可能となる。また、本発明によれは、円筒状の
管体で流体通路を構成したにも拘らず、電流の偏在や開
■）集中による発熱、推力の不拘−乙こよる乱流や）１
覗禿の発生等がなく、均一な推力を発生ずる極めて優れ
た特性のファラデー型電磁ポンプとすることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であるファラデー型電磁ポン
プの構造を示す断面を含む斜視図であり、第２図は第１
図に示すファラデー型電磁ポンプの軸方向の断面図であ
り、第３図及び第４図は第１図の継電部の変形例を示す
図であり、第５図及び第６図は、本発明になる他の実施
例であるファラデー型電磁ポンプの構造を示す斜視図及
び断面図であり、第７図は上記第６図の磁束発生部の変
形例を示す断面図、そして、第８図及び第９図は従来技
術を説明するための図である。１０．１１・・・ステンレス管　１２・・・隔壁　１３
ａ−，１３ｂ、１３ｃ１１３ｃｌ・・？ｍ体通路１４ａ
、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ−・・継電部　１５ａ５１５
ｂ、１５ｃ、１５ｄ−・・電極　１６．１６−・・・内
部継鉄　１７．１７−・・・外部継鉄　１８．１８−・
・・コイル＝１９−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性流体を通す通路を挾んで対向する電極を設
け、上記電極間に上記通路内を通過する導電性流体を介
して電流を流し、この電流と直行するように磁界を形成
する磁気回路とを備え、もって上記通路内に流れる導電
性流体に推力を与えるファラデー型電磁ポンプにおいて
、上記通路は、径の異る複数の円管の間に形成される環
状通路を円周方向に複数分別して構成し、上記電極を、
上記通路内を通過する導電性流体を介して流れる電流が
上記環状通路の円周方向に通電するように配置し、さら
に、上記磁気回路を上記環状通路の円周方向に対して直
角に交差するように形成したことを特徴とする環状通路
を有するファラデー型電磁ポンプ。
（２）特許請求の範囲第１項において、上記円周方向に
複数分割された環状通路の一部には、上記電極が接続さ
れ、導電流体を充填した継電部としたことを特徴とする
環状通路を有するファラデー型電磁ポンプ。
（３）特許請求の範囲第２項において、上記電極が接続
された上記継電部には、上記通路内を通過する導電性流
体の一部が充填されることを特徴とする環状通路を有す
るファラデー型電磁ポンプ。
（４）特許請求の範囲第１項において、上記電極は、上
記環状通路を円周方向に複数分割して構成された一対の
通路内に流れる電流が円周方向でかつ相反する方向に分
割して通電するように配置され、さらに、上記磁気回路
は上記一対の環状通路の円周方向に対して直角に交差す
るように形成された一個の磁気回路から構成されている
ことを特徴とする環状通路を有するファラデー型電磁ポ
ンプ。