JPH0440937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電磁ポンプに関し、更に詳細には一次
流体を遠隔で流動することによつて、二次流体に
ポンプ力を得ることのできる電磁フローカツプラ
に係る。

〔発明の背景〕

液体金属ナトリウムのような導電性流体を駆動
する手段として用いられる電磁ポンプは周知なよ
うに、互に交差した電流と磁界との相互作用（フ
レツミングの左手の法則による推力の発生）によ
りポンプ力を導電性流体に与える。一般には、均
一磁場内に存在する導電性流体に電流を磁界に直
交する方向から給電することによつてポンプ力を
得る電磁ポンプが成立する。

一方、均一な磁場内に存在する導電性流体を、
外力によつて流動させると磁界、および導電性流
体の移動方向にそれぞれ直交する方向に電圧を発
生する。いわゆる電磁気ゼネレータである電磁流
量計が成立する。

この電磁ポンプ、および、電磁流量計の２つの
電磁機能を結合したものが電磁フローカツプラの
概念である。第４図にその原理図を示す。

矩型のダクト４１を２つの別々の導電性流体が
流れるように仕切り板４２を設け、一次ダクト４
３と二次ダクト４４を形成する。一次ダクト４３
へは駆動流体４５をまた、二次ダクトへは被駆動
流体４６が流動する。さらに、矩型ダクト４１の
周囲は良電導体の電極４７で囲み、一次ダクト４
３および二次ダクト４４を電流回路で構成する。
矩型ダクト４１の側面に磁石４９を設け、駆動流
体４５、および、被駆動流体４６に共通の磁界４
８を与える。

駆動流体４５を外力により一次ダクト４３内を
流動させると、フレツミングの右手の法則（発電
機）に従つて駆動流体４５の内部に磁界４８と流
動方向とにそれぞれ直交する方向に電流５０が誘
起する。誘起した電流５０は矩型ダクト４１の外
周に設けた電極４７を通り二次ダクト４４内に存
在する被駆動流体４６に給電される。給電を受け
た被駆動流体４６には、フレツミングの左手の法
則（電動機）に従つて磁界４８と給電方向とにそ
れぞれ直交する方向にポンプ力が発生する。共通
の磁界４８の方向と、電流５０の方向では駆動流
体４５と被駆動流体４６のそれぞれの流れ方向は
第４図に示す白抜き大矢印のように互に逆向きの
流れになる。

このような原理に基づいた具体的な電磁フロー
カツプラとして、第５図に示す特開昭59−10163
号記載の電磁フローカツプラがある。

従来の装置は、ダクトの機械的強度と液体金属
のリークを防ぐためにSUS316のようなステンレ
ス鋼の外側ダクト５１を備え、銅のような導電性
の内側ダクト５２は電極として外側ダクト５１の
内側に設けてある。さらに電極部途中からの漏電
を防ぐため、電極側面にはアルミナプレートの絶
縁物５３を設けてある。内側ダクト５２のほぼ中
央には、導電性隔離プレート５４を両側面の絶縁
体５３に垂直に配置され、２つの隣接する別々の
流路、つまり、第１の流路５５と第２の流路５６
を形成する。

第１流路５５および第２流路５６内の接液面
は、絶縁体５３および内側ダクト５２部の防蝕の
ため薄いSUS板で内張り５７を施してある。

以上の内側ダクト５２、絶縁体５３、および内
張り５７等の構成要素は、ボルト、ナツト、リブ
等から成る取付け機構５８で固定されている。

矢印５９で示される磁界の下において、たとえ
ば、第１流路５５を介して外部のポンプ（図示せ
ず）の作用で流れる液体金属、たとえばナトリウ
ムは、流れの方向ベクトルと磁束ベクトルとで形
成される面に相互に直角な方向の電流を発生す
る。したがつて第１流路５５は直流発電機とな
り、電流が矢印６０で示すようにその頂部境界か
ら流れ出しその底部境界を介して戻る。流路側壁
は絶縁体５３で殆んど絶縁されているので発生し
た電流は第２の流路５６を通つて流れる。第２の
流路５６内の流体には電流の方向ベクトルと磁束
ベクトルとに相互に垂直な方向に力が生じポンプ
力となり、第２の流路５６内のナトリウム液を流
動させる。これは直流電磁ポンプである。直流電
磁ポンプは長年にわたりうまく使用されて来たが
大型になると、ポンプ駆動源となる数ボルト数千
アンペアの低電圧大電流給電設備として、大容量
の単極発電機、さらに電磁ポンプまで送電する大
型のブスバーが必要であり、設備的な制限から大
型の直流電磁ポンプを液体金属プラントに適用す
ることは困難であつた。

電磁フローカツプラは発電機部分と電磁ポンプ
部分を直結したもので従来の直流電磁ポンプの問
題を解決する手段であつた。

典型的な、直流電磁ポンプは矩型のダクトの対
向する側壁と同一面に２つの電極を設け、かつ残
りの２つの壁を磁極面の間に配置させることによ
つて構成され、電極へ外部より低電圧大電流を給
電してポンプ力を得るが、最もポンプ効率を増加
するためには、電極から給電される大電流の全て
がダクト内の流体を通過し、しかも、その電流の
方向が磁束ベクトルと、ポンプ力の発生方向ベク
トルとが互に直角関係に一致することが望しい。
しかしながら、実際の直流ポンプでは導電性ダク
ト壁を漏洩して流れる電流損失、あるいは、工作
精度からくる直角関係の狂い等により無効電流が
増加し、それにより効率が低下し、10％ないし40
％になることもある。

特開昭59−10163号記載の従来の電磁フローカ
ツプラは上記した直流電磁ポンプの欠点を考慮し
てフローカツプラの構造にしたものであるが、第
５図に示したように、ゼネレータ部分で発生した
低電圧電流をポンプ部分の駆動電流として給電す
るためにはダクトを囲むように設けたブスバー電
極が必要である。さらに、ポンプ力に有効な直角
成分の電流を多く得るため、また、ダクト壁を通
して電極部途中への漏電を防ぐためダクト両壁面
に絶縁物が必要である。以上の構成で原理的には
電磁フローカツプラとして成立するが、流体がナ
トリウム等の場合は絶縁物あるいはブスバーリン
グの接点部分での防蝕対策が必要である。そこで
第５図に示す従来技術ではダクト内面にSUS板
の内張りを施している。

以上述べたように従来型の電磁フローカツプラ
の構成は原理構造に対して合理的であるが各要素
の取付け冶具等を含み複雑な構造になつている。
また、性能面では、低電圧大電流回路において、
内張りとブスバーリングとの接点部分で接触電気
抵抗が増大する構造になつている。さらに、ポン
プ動力として寄与しない電極部分の短絡電流の
I²R損失については配慮されていなかつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は誘起電流回路の全てがポンプ駆
動力として有効に寄与する電磁フローカツプラを
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、誘起電流の全てがポンプ駆動力とし
て有効にするために、電流回路が流路の導電性仕
切板を横切つてほぼ導電性流体内だけに発生し、
しかも磁場に対して直角方向である必要条件を成
立させるために、流路形状を環状にし、さらに、
その環状の外周と中心との間に均一な磁場を発生
するように磁石を設けたことを特徴とする環状流
路型電磁フローカツプラである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例による構造を具体的に
示したものである。円管状の外側ダクト１１の中
央部に同じく円管状の内側ダクト１２を設けてあ
る。このダクトは液体金属と直接接触するため耐
食性の良好なSUS材の鋼管で作るとよい。外側
ダクト１１に内側ダクト１２を配置することによ
つて内外側面ダクト１１，１２間に管状流路が形
成される。管状流路のほぼ中央部分に仕切り板１
３を設け、２つの別々の導電性流体が流れる第１
の流路１４と、第２の流路１５を形成する。仕切
り板１３の材料も円管ダクト１１および１２と同
質のSUS鋼板で作るとよい。仕切り板１３は２
つ別々の流路１４と１５を確保する外に内側ダク
ト１２を外側ダクト１１の中央部に支持する支持
機能も有する。仕切り板１３と円管ダクト１１お
よび１２との接合部分は一般の電気溶接法で接合
するとよい。

外側ダクト１１の外周に円筒状の外側磁石１６
を配置する。磁石１６は軸方向に(N)および(S)の極
性を有する構造とする。内側ダクト１２の内部に
は、磁性材の棒状の鉄心１７を挿入する。

以上のように構成された本実施例の電磁フロー
カツプラを液体金属プラントの配管の途中部に接
続し、たとえば、第１流路１４部分に外力による
駆動流体１８を導入することによつて第２流路１
５部分に存在する別の流体は駆動流体１８の流れ
に対向流となる方向に流動する被駆動流体１９と
なる。詳しくは、第２図、および、第３図を用い
て説明する。

第２図は径方向の断面構造を示したもので、外
側ダクト１１と内側ダクト１２とで環状の流路型
状を形成している。さらに、環状流路が仕切り板
１３で第１の流路１４と第２の流路１５とに分割
されている。外側ダクト１１の円筒状の磁石１６
と内側ダクト１２の内部に鉄心１７を設けること
によつて環状流路全周にわたつて磁石１６から鉄
心１７との間に磁束２０が発生する。今、第２図
面において、表わされた磁石１６の極性を(N)と仮
定して記述すると磁束２０は矢印のように、磁石
１６から鉄心１７の方向へ向つて発生する。ま
た、第３図は軸方向の断面構造を示したもので、
外側磁石１６の極性を第３図面に向つて左側を(N)
とすれば、磁束２０の方向は左側では磁石１６か
ら鉄心１７の方へ向つて、また右側では鉄心１７
から磁石１６の方へ向う矢印の方向に発生する。
したがつて、全体的磁気回路としては、磁石１６
から発生した磁束２０は環状流路を半径方向に通
つて、中心鉄心１７部を軸方向に通過した後、再
び反対側の環状流路を逆方向に通つて磁石１６に
戻る磁気ループを構成する。

環状流路の第１流路１４の部分に外力によつて
駆動流体１８を導入すると流体１８内に前述の磁
束と直角方向に電流を誘起する。磁束が放射状に
分布している関係から局所的起電流の直角成分は
環状流路の接線方向に発生するが全周の合成電流
は第２図に示す円弧を描き環状流型状と同軸のル
ープ電流２１となる。軸方向に極性を有する磁石
１６を設けてあるため、半径方向の磁束は均一で
あるが軸方向では両端部で互に極性の異る最大極
束密度を呈し、中央では零になる。したがつて、
ループ電流も両端の磁極部分で互に逆方向に発生
する。環状流路の一部に設けた第２の流路１５内
に存在する導電性流体に上述のループ電流２１が
給電されると給電を受けた導電性流体は前述の磁
束２０との相互作用により垂直な力が生ずる。軸
方向では両端部で磁界２０とループ電流２１の方
向が互に逆方向であるがフレミングの左手の法則
に従つて発生する力の方向は同一方向となる。ま
た、発生する力の大きさは両端部で最大になり、
中央に行くほどしだいに低下し、ちようど中心部
では零になるが、軸方向全域に発生する力の力積
で被駆動流体１９が流れる。このようにして、環
状流路型電磁フローカツプラは第１の液体金属の
流れが別個の流路の第２の液体金属のポンプ移送
することを可能にする手段を与える。

本発明の一実施例によれば、環状流路型状にす
ることによつて、ゼネレータ部分で発生する大電
流が全て流体内を循環するためポンプ駆動電流と
して全て有効になり、さらに特別な電極構造を必
要としない等の効果がある。

以下に説明するものは、先の実施例の一部分を
変形した例である。

第６図は、磁石構造部分の変形例を示すもので
第１図〜第３図に示した実施例と異なるところは
内側ダクト１２の内側に棒状の磁石１６を設け、
外側ダクト１１の周囲に円筒状の磁性材鉄心１７
を設けたものである。本変形例でも先の実施例で
記述した磁気回路、電流回路と同じ特性が得ら
れ、先の実施例と同じ効果が発揮できる。

第７図は、環状流路部分の変形例を示すもので
第１図〜第３図に示した実施例と異なるところは
仕切り板１３ａを追設して環状流路をさらに分割
し、２系統の第１の流路１４，１４ａと２系統の
第２の流路１５，１５ａを設けたもので、ゼネレ
ータ部分を分散し平坦な出力密度が得られる。

本発明による電磁フローカツプラの使用例とし
ては第８図に示すような使い方ができる。たとえ
ば、ナトリウム液を熱媒体とするような伝熱ルー
プにおいて、一次系ループ８１の加熱器８２の熱
を二次系ループ８３側に熱交換器８４を介して伝
熱し二次系ループの被加熱体８５を加熱する場合
一次系ループ８１と二次系ループ８３の内二次系
ループ８３を電磁フローカツプラ８６の第１の流
路に、他を第２の流路に連通すると、二次系ルー
プのポンプ８７を駆動することによつて二次系ル
ープの流れ８８が電磁フローカツプラ８６を作動
し、一次系ループの流れ８９を得ることができ
る。したがつて、このようなループ体系に電磁フ
ローカツプラーを使用することによつて、メンテ
ナンスの困難な一次系ポンプを省略し、遠隔にて
一次系流体の流動を得ることができる。

以下、実施例、変形例においては磁石構造につ
いて永久磁石を使用することで記述して来たが、
当然ながら磁石部に励磁型電磁石を用いても本発
明の効果に何ら影響はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、環状流路型状にすることによ
つて、ゼネレータ部で発生する大電流が環状流路
と同軸のループ電流となるため発生した大電流を
極めて効率良くポンプ駆動電流に利用できるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による電磁フローカツ
プラの断面表示による斜視図、第２図は第１図に
示した電磁フローカツプラの半径方向断面図、第
３図は第２図の縦断面図、第４図は従来の電磁フ
ローカツプラの基本構造を一部断面表示にて示し
た斜視図、第５図は他の従来の電磁フローカツプ
ラの具体的ダクト断面図、第６図は本発明の変形
例による磁気回路の軸方向縦断面図、第７図は本
発明の変形例によるダクト部の半径方向縦断面
図、第８図は本発明の電磁フローカツプラの一利
用例を示した流路系統図である。 １１……外側ダクト、１２……内側ダクト、１
３，４２，５４……仕切り板、１４，４３，５５
……第１の流路、１５，４４，５６……第２の流
路、１６……外側磁石、１７……鉄心、１８……
駆動流体、１９……被駆動流体、２０，４８，５
９……磁束、２１，５０，６０……誘起電流、５
１……ダクト、４７，５２……電極、４１，５７
……内張り板、５３……絶縁板、５８……取付け
機構、８１……一次系ループ、８２……加熱器、
８３……二次系ループ、８４……熱交換器、８５
……被加熱体、８６……電磁フローカツプラ、８
７……二次系ポンプ、８８……二次系流れ、８９
……一次系流れ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 区切られた複数の導電性流体の流路と、これ
   らの流路を横切る磁束を生じるように配置した磁
   界発生装置とを備えた電磁フローカツプラにおい
   て、前記流路を断面環状の流路を前記断面環状形
   状の半径方向へ延びた導電性材質による仕切板で
   区切つて構成し、前記断面環状の流路の前記環状
   の中心部分と前記環状の外周囲部との間に前記磁
   束を生じる配置で前記磁界発生装置を備えたこと
   を特徴とした環状流路型電磁フローカツプラ。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、前記磁界
   発生装置は、環状の中心部分と外周囲部とのいず
   れか一方に設置した鉄心と他方に設置した磁石と
   から成ることを特徴とした環状流路型電磁フロー
   カツプラ。 ３ 特許請求の範囲の第２項において、前記導電
   性流体の流通方向に間隔を有して磁石のＮ極端と
   Ｓ極端を配置したことを特徴とした環状流路型電
   磁フローカツプラ。