JPH082172B2 - 電磁線形誘導ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕 本発明は，広義にはポンプに係り，特に導電性流体を
移動させる電磁ポンプに関するものである。

腐食性であつて、はげしくかきまぜてはならない流
体，又は小さな穴又は割れ目からしみ出し易い流体，又
はその化学的性質によつて完全に密閉して大気から隔離
しておかねばならない流体をポンプで移動させることが
必要であり望まれることがしばしばある。これは特に，
原子炉内の冷却剤として使用されるナトリウム及びナト
リウム−カリウム共晶のような液体金属に対し使用する
ポンプに対して必要である。

上記のような場合には、機械ポンプは回転翼又は羽根
及び関連する軸受に対する要求から，一般的に不満足で
ある。これら可動部品は、使用できる材料の型式に制限
があり、また，通常洩れ又は空気の進入を許してはなら
ない密封の必要性がある。これらの考慮から、いわゆる
“電磁”ポンプが開発されるようになつた。この型式の
ポンプは、水銀，ナトリウム，カリウム又は類似物質の
ような導電性流体を移動させるのに使用するとき、機械
ポンプに関連する問題を大部分解決する。しかしなが
ら，このようなポンプは一つの重大欠点がある。それは
ポンプが比較的非能率なことであり、事実20％と低い能
率はまれではない。

従来技術の伝導型電磁ポンプの代表例は、米国特許第
2,386,369号に開示されている。この特許は、通路に沿
つて流れる水銀が、水銀の流れの方向に垂直な成分をも
つて水銀を通して流れる電流と、この電流と水銀の流れ
の両方に垂直な成分をもつ磁界の反作用によつて流動さ
れるポンプを示している。ポンプのダクトは異なる金属
で構成する。

別の伝導型電磁ポンプが米国特許第2,686,474号に開
示されている。この特許は、液体金属のような導電性流
体に対する電磁ポンプであつて、鉄回路の間隙内のダク
トに沿つて流体が互に垂直な磁束成分と磁界中の電流成
分との相互作用によつて移動されるものである。この特
許では，伝導形ポンプの最大圧力と能率の改善について
説明している。その改善をすることを提案している方法
は、ポンプダクトの空気間隙を通してループにして戻
し、ダクト電流による一次磁界のひずみを軽減すること
である。

別の線形伝導形電磁ポンプが米国特許第2,798,434号
に開示されている。この発明によると，ポンプのど部の
流体を通る電流の方向と反対方向にポンプのど部の頂部
又は底部に，のど部電流を導くことによつて、ポンプの
ど部における磁束分布が一様に分布されるようになるこ
とを提案している。

米国特許第2,263,283号は、連続的鋳造の方法及び装
置に関するものである。その装置は、多相線形誘導型電
磁ポンプを使用する。しかしながら，そのようなポンプ
の能率を改善する方法についてはこの特許では，なにも
手段を示唆していない。

米国特許第3,444,816号には、伝導型電磁ポンプであ
つて，比較的高圧力かつ小流量で伝導液体を移動させる
ことができるものを開示している。開示されたポンプ
は、導電性液体で満たされている間隙を横切る第１方向
に磁界を生じる。ポンプはまた電極が付いており，磁界
の方向と直角に、間隙中の液体に流れる電流を生じて，
磁界及び電界の双方に直角な方向に圧力及び液体の流れ
を生じさせる。磁界方向に狭い間隙を使用することによ
つて、手ごろな磁石又は磁気コイルによつて大きな磁界
強度が得られる。これは電流の流れに垂直方向の小さな
断面積をもつ液体空間を生じて、液体内に比較的高い電
気抵抗を生じるので，ポンプは比較的小電流によつて高
い液体ヘツドを生じることができる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は導電性液体金属をポンプで移送する際
にポンプ内で液体金属の乱流の発生を防止する線形誘導
型電磁ポンプを提供することにある。本発明の重要な特
徴は、液体金属用の電磁線形誘導ポンプにおいて、互い
に上下に配置された２個の概ね平らで平行間隔の壁面部
材と、壁面部材に連結して平行に対向した２個の側面部
材と、側面部材との間に平行間隔に対向した複数のウエ
ブ部材とで構成した単一の一体の金属からなるポンプダ
クトを設け、複数のウエブ部材は壁面部材に連結して側
面部材と平行に延び、複数のウエブ部材の対向する壁面
部材の表面にはポンプダクトの軸方向に延びる溝を有
し、壁面部材、側面部材およびウエブ部材で液体金属が
流動する複数の概ね矩形断面状の流体通路を形成し、そ
の内部に液体金属を流通させ、各流体通路は概ね同一の
流通断面積を有しており、各壁面部材に近接して配置す
る多相電気固定子を設け、各側面部材の外面に取付ける
導電性端末棒を設け、ポンプダクト、多層電気固定子お
よび導電性端末棒を収容し、ポンプダクトの流体通路の
対向終端に液体金属を流動させる入口および出口を有
し、入口と出口は円形断面状の流路から概ね矩形断面状
の流路に変換する変換装置を有し、かつ、ポンプダクト
内の各流体通路に概ね等しい流量の液体金属の流れを導
くために入口の変換装置内に案内羽根を配したハウジン
グを設け、各多相電気固定子とポンプダクトとの間にポ
ンプダクトを挟む形に配された熱絶縁体とを設けてい
る。

本発明のこれらその他の態様及び利点については、図
面を参照して以下の説明により明かにする。

〔実施例〕

本発明は、液体金属のような導電性流体のための電磁
ポンプに関するものである。本発明は特に原子炉の冷却
剤として利用されるナトリウム及びナトリウム−カリウ
ム混合物に適用できる。電磁ポンプには一般に二つの型
式，すなわち伝導ポンプと誘導ポンプとがある。伝導ポ
ンプは、通常，外部に接続してある電極によつてダクト
内の流体を通して電流の流れを生じさせる。一方誘導ポ
ンプは，外部に接続する電極はなく，ダクト内流体に電
流を誘導することによつて磁束を変化させることを特徴
とする。本発明は，後者の型のポンプ，すなわち多層線
形誘導ポンプに関するものである。

第１図に、本発明に従つて構成した電磁ポンプ組立10
を示す。本発明の最も重要な点は、従来のものよりも高
い能率を得ることを可能とするポンプダクト組立12の独
特の設計にある。ポンプダクト組立12のどちらかの側に
多相電気固定子14を配置する。この多相電気固定子14に
は、ポンプダクト組立12を横切つて延びる電気導線の複
数個のコイルを含む。これらのコイルは，成層鋼コア，
通常はけい素鋼コアのスロツトに入れてある。全体の構
造は、非同期３相電動機の固定子の構造と同じで，円筒
形構造を平面構造に開いた形である。そのような電動機
の回転磁界を、磁気ポンプにおいて、縦方向に変化する
磁界で、その磁力線がダクト組立12の面に垂直に延びる
磁界によつて置換した。またその磁界そのものは、ダク
ト組立12を通る流体の流れの方向に平行な方向の面内に
変化するのである。この変化する磁界は、ダクト組立12
を通つて流れる導電性液体金属に電流を誘導して，磁界
が液体金属を，磁界の変化する方向に駆動する力を液体
金属に作用する。電磁ポンプでは、ダクト材料を通して
流れる誘導電流が電力を吸収するのでポンプ作用に貢献
しない。そこで，以下に詳細説明するように、本発明に
おいては，ポンプダクト組立12は、このような損失を最
小にするように設計してある。

ポンプ組立10を高温の液体金属に使用するときは、固
定子14とポンプダクト組立12との間に熱絶縁の層16を配
置すると利点がある。ダクト組立12の各端末は変換部材
18に終端しているが、この変換部材18は後述するように
その中を流動する流体の液体圧損失を最小にするように
設計される。変換部材18は、ポンプダクト組立12と流体
入口及び出口の導管20と22にそれぞれインターフエース
すなわち相互接続してある。導管は通常実質的な円形断
面である。ポンプダクト組立12と固定子14はブラケツト
24によつて支持される。このような指示方法は当業者に
周知されているので，支持の詳しい方法はここでは述べ
ない。ブラケツト24はハウジング26に取付けてある。入
口及び出口の導管20及び22は、先端を切りとつた円錐形
又は漏斗形の部材28を介してハウジング26に接続され
る。漏斗形部材28の小さい端末は、導管の周辺部に接続
され、また大きい回航端末は、ハウジング26の対応した
開口部に固定される。

第２図は、固定子，絶縁体等を除いたポンプダククト
組立12を変換部材18の構成を十分明かにし、理解を助け
るための図である。第３図及び第４図は、変換部材18に
よつて丸形導管からポンプダクト組立12の矩形断面流動
区域へ変換を行つている状況を示す。また，変換部材18
は、実質的な丸形断面流動区域から実質的な矩形断面流
動区域へ約10度又はそれ以下の角度φで、拡大してお
り、壁面からの流体分離によつて生じる乱流を防止して
いることに留意されたい。さらに流体分離の防止を援助
するために，変換部材18には、内部案内羽根30を取付け
てある。

第５図には，ポンプダクト組立12の断面図を示した。
ポンプダクト組立12は、２個の実質的に平らで長く延び
て，平行で，間隔をもつた壁面部材32とこの壁面部材32
に連結する２個の平行対向側面部材34とで構成する。さ
らに，ポンプダクト組立12にはこのダクト12内部に配置
し，壁面部材32に連結して側面部材34と平行に延びる複
数個のウエブ部材36を含んでおり，壁面部材，側面部材
及びウエブ部材で、液体金属を通過させるための複数個
の液体通路38を画定している。各流体通路38は、実質的
に同一断面流動面積をもち、また実質的に正方形であ
る。特に好適な実施例では、ダクト組立12の前述した部
分は、単一の金属片から機械にかけて製作して，壁面部
材，側面部材及びウエブ部材の間に電気的不連続性のな
いことを確実にしている。

第５図で，各ウエブ部材36に対向した壁面部材32の外
面上に、複数個の溝40が設けてあることに注意された
い。これらの溝は壁面部材32の電気抵抗率をわずかに増
加させて、壁面部材32を通りダクト組立12を横切つて流
れる誘導電流の量を減少させることにより，通路38を通
る金属の流れに沿つて流れる誘導電流を増加させる。さ
らに誘導電流による電力損失を減少し、かつ誘導電流に
対し帰路を与えるために、ダクト組立12には１対の高導
電性端末棒42を取付けてある。この端末棒42は、通常，
高い導電率と比較的低価格の点から銅で製作する。側面
部材34は外側に延びるＵ字形に製作して、端末棒42の形
に極めて一致させて、側面部材32と端末棒42との間の良
好な導電率を得るようにしていることに留意されたい。
端末棒42は、側面部材34にろう付けして、両者間の導電
率をさらに向上させることが有利である。本発明による
ポンプ組立を高温適用装置に使用するときは、端末棒42
はカバー44によつて大気から密封して，導電率を低下さ
せ端末棒の酸化を防止することが望ましい。

実質的に図面に示したような線形誘導電磁ポンプ組立
は、高温度液体ナトリウムに使用するために説明され
た。ポンプダクト組立は，ステンレス鋼の単一片から製
作したもので全体の寸法は、高さ約2.54cm（１イン
チ），幅17.78cm（７インチ），長さ約139.7cm（55イン
チ）であつた。また壁面部材32,側面部材34及びウエブ
部材36の厚さは、約0.142cm（0.056インチ）であつた。
ポンプダクト組立には５個のウエブ部材36を設けたもの
で６個の実質的な断面流動区域をもつ流体通路が設けら
れた。第５図に示したように、ウエブ部材36に隣接した
壁面部材32の外面上に幅約0.127cm（0.05インチ），深
さ約0.127cm（0.05インチ）の複数個の溝を設けておい
た。端末棒42は、銅で製作してその断面積は、約2.286c
m（0.9インチ）×2.286cm（0.9インチ）であつて，ダク
ト組立12の実質的全長に延びていた。端末棒42は、配置
し、ろう付けした後、カバー44で密閉して，動作を予定
している高温度における酸化を防止した。

変換部材18は、ダウト組立12の矩形断面積（2.54cm
（１インチ）×17.78cm（７インチ））から入口及び出
口の導管部材へ接続するため10.16cm（４インチ）直径
に一様な変換を行つた。変換部材18は、全体の長さが約
25.4cm（10インチ）であつて，壁面は、10度以下の角度
で流れの方向に拡大していた。変換部材18には、さらに
２個の案内羽根30も備えていた。各固定子14には，成層
けい素鋼コアに巻かれた48個のコイルを使用し，各コイ
ルは銅線の12回巻きで構成した。熱絶縁体を固定子とダ
クト組立12との間に配置した。

このポンプを,10.16cm（４インチ）ナトリウム試験ル
ープに接続して、一連の試験を行つた。計画したすべて
の温度と流量において，すばらしい結果が得られ、また
容量には十分余裕あることも判明した。

試験を含む全運転時間は、1,000時間をこえて、その
中には、482.2℃（900゜F）のナトリウムによる毎分1,1
35,6リットル（300ガロン）で,200時間の連続運転が含
まれていた。これらの試験中,40％という高い能率が得
られた。そのほか,0.527kg/cm²（7.5psi）から0.844kg/
cm²（12psi）という低い入口圧力でも，毎分1,892,7リ
ツトル（500ガロン）までの流動においてキヤビテーシ
ヨンの防止に十分であつたことも判明した。このように
試験結果が，本発明の効力及び能率を証明した。

本発明を現在好適実施例と考えられるものについて説
明した。しかしながら，当業者の能力によれば，発明的
才能を発揮しなくとも，多くの変形又は実施例が可能な
ことは明かである。

よつて，本発明の範囲は、こゝに説明して特定の実施
例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載し
た内容によるべきものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポンプダクトの流体通路の入口から
出口に至る構造を滑らかにし、入口と出口には変換装置
を設け、この中に、流体通路のそれぞれに等しく流体金
属が流入するように案内羽根を設けたことにより、液体
金属の流れを均一にすることができ、かつ、流れに対す
る抵抗を最小限に保つことができる。さらに、壁面部材
に溝を設けたことにより、電気抵抗率をわずかに増加さ
せて通路を通る金属の流れに沿って流れる銅電流を増加
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、線形誘導ポンプを一部を想像により一部を切
断して示した傾斜図である。 第２図はポンプダクト及び流体接続の拡大図である。 第３図は第２図の変換部材を平面３−３で切断した断面
図である。 第４図は第３図に示した変換部材を平面４−４で切断し
た断面図である。 第５図は第２図に示したポンプダクトを平面５−５で切
断した切断面図である。 （符号の説明） 10……電磁ポンプ組立 12……ポンプダクト組立 14……多相電気固定子 16……熱絶縁体 18……変換部材 26……ハウジング 30……案内羽根 32……壁面部材 34……側面部材 36……ウエブ部材 38……流体通路 42……端末棒。

フロントページの続き (72)発明者 ロバ−ト・モンロ−・ム−ア アメリカ合衆国カリフオルニア州カノガ・ パ−ク・ア−ミンタ・ストリ−ト23241 (72)発明者 ルイズ・ラリ−・ビエンベニユ− アメリカ合衆国カリフオルニア州チヤツツ ワ−ス・ルツドニツク・アベニユ−9917 (56)参考文献 特開 昭51−75204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−136168（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−136288（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−78941（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−13486（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−38101（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−50146（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭56−26452（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体金属用の電磁線形誘導ポンプにおい
   て、互いに上下に配置された２個の概ね平らで平行間隔
   の壁面部材と、前記壁面部材に連結して平行に対向した
   ２個の側面部材と、前記側面部材との間に平行間隔に対
   向した複数のウエブ部材とで構成した単一の一体の金属
   からなるポンプダクトを設け、 前記複数のウエブ部材は前記壁面部材に連結して前記側
   面部材と平行に延び、前記複数のウエブ部材の対向する
   前記壁面部材の表面には前記ポンプダクトの軸方向に延
   びる溝を有し、前記壁面部材、側面部材およびウエブ部
   材で液体金属が流動する複数の概ね矩形断面状の流体通
   路を形成し、その内部に液体金属を流通させ、各流体通
   路は概ね同一の流通断面積を有しており、 前記各壁面部材に近接して配置する多相電気固定子を設
   け、 前記各側面部材の外面に取付ける導電性端末棒を設け、 前記ポンプダクト、多相電気固定子および導電性端末棒
   を収容し、前記ポンプダクトの前記流体通路の対向終端
   に液体金属を流動させる入口および出口を有し、前記入
   口と出口は円形断面状の流路から概ね矩形断面状の流路
   に変換する変換装置を有し、かつ、前記ポンプダクト内
   の各流体通路に概ね等しい流量の液体金属の流れを導く
   ために前記入口の前記変換装置内に案内羽根を配したハ
   ウジングを設け、 それぞれの前記各多相電気固定子とポンプダクトとの間
   に前記ポンプダクトを挟む形に熱絶縁体を設けた電磁線
   形誘導ポンプ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電磁線形誘導ポンプにお
   いて、前記変換装置は円形断面状の流路から概ね矩形断
   面状の流路に約10゜以下の角度で分岐する。
3. 【請求項３】請求項１に記載の電磁線形誘導ポンプにお
   いて、前記出口の前記変換装置は案内羽根を有する。