JPS59113766A - 電磁線形誘導ポンプ - Google Patents

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】 発明の背景 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。

腐食性であって、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
の化学的性質によっ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
プに対して必要がある。

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２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った。この型式のポ
ンプは、水銀、ナトリウム、力１ノウム又Ｏま類似物質
のような導電性流体を移動させるのＧこ（史用するとき
、機械ポンプに関連する問題を大部分解決する。し力）
しながら、このようなポンプ０（ま一つの重大欠点力（
ある。それはポンプが比較的＃Ｐ　＊＠率なことである
事実２０％と低い能率はまれでＧまなし）。

従来技術の伝導型電磁ポンプの代表例Ｑま、米国特許第
２，３８６，３６９号に開示されてＩ／Ａる。この特許
は、通路に沿って流れる水銀力（、水銀の流れの方向に
垂直な成分をもっ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
Ｇこよって流動されるポンプを示している。ポンプのダ
クト（ま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６ま、液体金属のような
導電性流体に対する電磁ポンプであって、鉄　　□回路
中の間隙内のダクｌ−６０沿って流体力（互Ｇこ垂直な
磁束成分と磁界中の電流成分との相互作用によって移動
されるものである。この装置で６′ｉ、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て、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２．７９８，４
３４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って、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
プであって、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、間隙中の液体を流れ
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
使用することによって、手ごろな磁石又は磁気コイルに
よっ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
小電流によって高い流体ヘッドを生じることができる。

発明の要約 本発明は、導電性液体金属をポンプで移動させるための
線形誘導型電磁ポンプを提供する。本発明の重要な特徴
は、実質的に向上した能率のポンプが得られる単一のポ
ンプダクトにある。ポンプダクトは、互に上下に配置さ
れ６た２個の実質的に平らで平行した間隔の壁面部材と
この壁面部材に連結する２個の平行な対向側面部材とで
構成する。

このダクトには、このダクト内部に配置して壁面部材に
連結して側面部材と平行に延びる複数個のウェブ部材を
含む。側面部材、壁面部材及びウェブ部材で液体金属が
中を流れるための複数個の流体通路を固定する。各流体
通路は実質的に同一断面の流動面積をもつ。多相電気固
定子を各壁面部材に近接して配置して、電磁界を発生さ
せる。各側面部材には導電端末俸を取付けておき、ダク
ト部材を通って流れる誘導電流の帰路とする。ポンプに
はまた。ポンプダクト、固定子及び端末棒を収容するハ
ウジングが設けである。このハウジングには、ポンプダ
クト内の流体通路の対向端末に流体を通過させる入口と
出口が取付けである。本発明の一つの好適態様によると
、ポンプダクト内のウェブ部材は流体通路が実質的に正
方形となるように配置されである。本発明の別の好適態
様によると、入口及び出口には、丸形断面の流動通路か
らポンプダクトによって定められている実質的に矩形断
面の流動通路へ変換をする変換装置を含む。

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。

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。

外部に接続しである電極によっ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
とによっ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。

すなわち多相線形誘導ポンプに関するものである。

第１図に、本発明に従っ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を横切って延びる電
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ットに入れである
。全体の構造は、非同期ろ相定動機の固定子の構造と同
じで、同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って置換した。またその磁界その
ものは、ダクトｔＭ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を通って流れる導電性液体金属に電
流を６導して、磁界が液体金属を、磁界の変化する方向
に駆動する力をン勿体金属に作用する。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１
２は、このような損失を最小にするように設計しである
。

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１
６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流体圧損失を最小
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
ぞれインターフェースすなわち相互接続しである。

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はブラケット２４によって支持される
。このような支持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。ブラケット２４
はハウジング２６に取付けである。人口及び出口の導管
２０及び２２は、先端を切りとっ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
た大きい開口端末は、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ト組立
１２と変換部材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６図及び第４図は、変換部材１８
によっ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っている状況を示す。また、変換部
材１８は、実質的な九ル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って生じる乱流を防
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３
０を取付けである。

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２間隔をもった壁面部材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、ボン、プダクト組立１２にはダクト組立
１２内部に配置し、壁面部材３２に連結して側面部材３
４と平行に延びる複数個のウェブ部材３６を含んでおり
。

壁面部材、側面部材及びウェブ部材で、液体金属を通過
させるための複数個の流体通路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、側面部材及びウェ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、各ウェブ部材３６に対向した壁面部材３２の
外面上に、複数個の溝４０が設けで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
切って流れる誘導電流の量を減少させることにより１通
路３８を通る金属の流れに沿っ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ｍ４２を取付けである。この端末
俸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。４ＭｒＴＪ部材３４は外側に延びるＵ字形
に製作して、端末俸４２の形に極めて一致させて、側面
部材３２と端末俸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、端末俸４２はカバー４４に
よって大気がら密封して、導電率を低下させる端末棒の
酸化を防止することが望ましい。

実施例 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設計された。

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２．５４ｅ−（１インチ
）９幅１７．７８Ｃ−（フインチ）、長さ約１３９．７
（：ｍ（５５インチ）であった。また壁面部材３２．側
面部材３４及びウェブ部材３６の厚さは、約０．１４２
Ｃｍ　（０，０５６インチ）であった。ポンプダクト組
立には５個のウェブ部材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、ウェブ部材３６に隣接した壁面部材３
２の外面上に幅約０．１２７ｃｍ　（０，０５インチ）
。

深さ約０，１２７Ｃｍ　（０，０５インチ）ノ複数個の
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而（０，９インチ）Ｘ２．２８
６ＣＴｒＬ（０，９インチ）であって、ダクト組立１２
の実質的全長に延びていた。端末俸４２は、配置し、ろ
う付けした後、カバー４４で密封して、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、ダクト組立１２の矩形断面積（２，５
４Ｃｍ　（１インチ）Ｘ１７．７８ｃｍ（フインチ））
から入口及び出口の導管部材へ接続するため１０．１６
Ｃｍ　（４インチ）直径に一様な変換を行った。変換部
材１８は、全体の長さが約２５．４０ｍ（１０インチ）
であって、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回巻きで描威
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、一連の試験を行った。

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°Ｃ（９００’Ｆ）のナトリウム
による毎分１．１３５．６リツトル（６００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＋　０．５２７　ｋｇ／”’　（７，５ｐＳｌ）
から０．８４４　ｋｇ／ｃ−ｍ２（１２ｐｓｉ　）とい
う低い入口圧力でも、毎分１，８９２．７リツトル（５
００ガロン）までの流動においてキャビテーションの防
止に十分であったことも判明した。このようにして試験
結果が１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２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。

よって９本発明の範囲は、こ＼に説明した特定の実施例
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、線形誘導ポンプを一部を相像により一部を切
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６図は第２図の変換部材を平面３−６で切断した断面
図である。 第４図は第６′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・・・ウェブ部材 ３８・・・流体通路 ４２・・・端末俸。 代理人　浅　利　　、皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　液体金属用の電磁嫉形誘導ポンプにおいて。 互に上下に配置された２個の実質的に平らで平行間隔を
   もつ壁面部材と。 前記壁１１１１７部材に連結して平行に対向した２個の
   側面部材とで構成する単一のダクトと。 前記ダクト内に配置されて、前記壁面部材に連結して前
   記側面部材と平行に延びる複数個のウェブ部材ならびに
   前記壁ｒｆＪ部材部材面側面部材ウェブ部材で画定して
   、その内部に液体金属を流通させるための複数個の流体
   通路で、各流体通路は実質的に同一の流通断面積をもつ
   前記流体通路と。 前記各壁面部材に近接、して配置する多相心気固定子と
   。 前記各側面部材の外面に取付ける導電性端末確と。 前記ボンノダクト、固定子及び端末俸を収容し、前記ポ
   ンプダクトの流体通路の対向終端に流体を流動させる入
   口及び出口をもつハウジングと。 を備える前記電磁線形誘導ポン２゜ （２ン　　特許請求の範囲第１項において、前記各固定
   子と前記ポンプダクトとの間に熱絶縁体を配置する電磁
   線形誘導ポンプ。 （８）特許請求の範囲第１項において、前記ポンプダク
   ト内の流体通路が実質的に正方形である電磁線形誘導ポ
   ンプ。 （４）特許請求の範囲第６項において、前記入口及び出
   口に、円形断面の流動路から実質的に矩形断面の流動路
   に変換を行う変換装置を備える電磁線形誘導ポンプ。 （５）特許請求の範囲第４項暢おいて、前記ポンプダク
   ト内の各通路に対して実質的に等しい流体の流れを導く
   ために、前記入口変換装置内に設置する案内羽根を備え
   る電磁線＃誘導ポンプ０゜（６）特許請求の範囲第５項
   において、前記各固定子と前記ポンプダクトとの間に熱
   絶縁体を配置する電磁線形誘導ポンプ。