Dispositif électromagnétique, notamment pompe à fluide conducteur ou débit-mètre
La présente invention a pour objet un dispositif électromagnétique, notamment une pompe à fluide conducteur, dite pompe de Faraday ou un débitmètre, opérant selon le même principe.
Dans ce dispositif, un fluide conducteur de l'électricité circule dans un passage contenu dans un entrefer étroit compris entre une paire de pôles magnétiques, des électrodes étant disposées sur des côtés opposés dudit passage de façon qu'un courant électrique puisse circuler entre les électrodes et à travers le fluide, la direction du courant électrique étant sensiblement perpendiculaire à la direction du champ magnétique et à la direction d'écoulement du fluide.
Dans le cas d'une pompe, on fait circuler un courant entre les électrodes, à travers le fluide se trouvant dans le passage ou canal, ce qui produit une force motrice sollicitant le fluide le long du canal et produisant par conséquent un effet de pompage.
Dans le cas d'un débit-mètre ou dispositif analogue, le mouvement du fluide le long du canal, sous l'effet d'une influence externe, a pour résultat l'induction dans le circuit des électrodes d'un courant électrique qui augmente avec la vitesse d'écoulement.
Jusqu'ici, les canaux d'écoulement du fluide, comprenant des paires d'électrodes et des pièces polaires isolées, ont été construits à l'aide de procédés d'atelier classiques. On a cependant rencontré récemment des difficultés en raison de l'apparition de fluides métalliques hautement corrosifs devant être mis en mouvement au moyen de pompes du type Faraday.
Pour surmonter ces difficultés, un moyen a consisté à construire le canal dans sa totalité en acier à haute résistance électrique et à souder ou à joindre d'une autre manière les électrodes sur les faces du canal.
I1 en résulte une perte de rendement en raison du fait qu'une partie du courant est dérivée des électrodes par les parois du canal. Cette perte de courant n'est pas grave, toutefois les problèmes constructifs posés par cette solution ont limité la dimension du canal à un canal suffisamment grand pour être facilement façonné dans un atelier habituel ou un laboratoire.
I1 est désirable d'être en mesure de construire une pompe ou un débit-mètre du type Faraday, comportant un canal à fluide non seulement notablement plus petit qu'un canal réalisable à l'aide des procédés classiques, mais pouvant, en outre, supporter les fluides particulièrement corrosifs, tout en étant affecté le moins possible de pertes de rendement par dérivation du courant dans les parois du canal. En particulier, un canal avantageux présente une section transversale d'environ 0,25 mm par 1,27 mm, qui est bien inférieure à ce qui peut être réalisé à l'aide des procédés classiques utilisés jusqu'ici. La présente invention a pour objet l'obtention d'un canal qui réponde à ces exigences rigoureuses pour l'écoulement de fluide pour pompe ou débit-mètre du type
Faraday.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que, pour former dans l'entrefer un canal étanche au fluide, des parties des électrodes et des pôles magnétiques se recouvrent, les électrodes et les pôles magnétiques présentant ainsi des surfaces contiguës qui sont maintenues ensemble de façon étanche au fluide, lesdites surfaces étant isolées les unes des autres par une matière électriquement isolante,
Dans une forme d'exécution particulière du dis
positif, les pièces résistant à la corrosion peuvent
comprendre des couches d'un métal, tel que l'acier,
de résistance électrique relativement élevée, ces cou
ches étant collées au moyen d'un adhésif électriquement isolant aux faces des pôles d'une paire de piè
ces polaires magnétiques de polarité opposée.
Les pièces polaires sont magnétisées afin de créer le
champ magnétique traversé par le fluide s'écoulant
dans le canal.
On décrit ci-dessous, à titre d'exemple et en réfé
rence au dessin annexé, une forme d'exécution du
dispositif objet de l'invention constituée par une pompe à fluide conducteur. Dans ce dessin:
La fig. 1 est une coupe de ladite pompe à fluide
conducteur.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue explosée des constituants de la pompe qui forment le canal d'écoulement de fluide, et
la fig. 4 est une coupe selon la ligne 4-4 de la fig. 2.
On a schématisé au moyen de lignes en pointillé, dans les fig. 1 et 2, un appareil 10, actionné par le fluide conducteur. La pompe à fluide conducteur, montée latéralement à l'appareil 10, est désignée de manière générale par 11, un support de montage 12 est solidaire de l'appareil 10 et forme une plateforme plate sur laquelle la pompe 1 1 peut être montée.
La pompe 1 1 consiste en un transformateur abaisseur de tension comportant un enroulement primaire 13 monté sur la branche centrale 14 d'un noyau de transformateur feuilleté, comportant deux branches externes 15 et 16. Le secondaire 17 est formé d'un unique tour de cuivre massif en bande.
La bande de cuivre 17 est isolée électriquement par des enroulements de ruban isolant 20, de sorte que la bande 17 n'entre pas en contact électrique avec les branches 14, 15 ou 16 du transformateur. Ce type particulier de construction de transformateur est bien connu de l'homme du métier. Le transformateur abaisseur de tension décrit ci-dessus débite un courant alternatif d'environ 200 ampères sous 50 millivolts. Une branche 21 de la bande 17 est fixée directement au support 12 et contribue à soutenir l'ensemble du transformateur. La branche 21 est en outre fixée à une électrode 26 au moyen d'une jonction soudée 25. La branche opposée 22 de la bande 17 est fixée à une électrode 27 par jonction soudée en 24. Les branches 21 et 22, les jonctions 24 et 25 et les électrodes 26 et 27 sont particulièrement visibles dans la fig. 3.
L'électrode 26 consiste en une pièce de cuivre de section rectangulaire portant en son centre une ailette de cuivre 28. Cette ailette est de section transversale rectangulaire et peut être venue d'une pièce avec l'électrode 26 ou peut être rapportée. L'électrode 26 est percée de deux trous 30 et 31 traversant l'électrode à chaque extrémité de l'ailette 28.
Deux petits tubes métalliques 32 et 33 sont insérés dans chacun des trous 30 et 31. Les tubes 32 et 33 passent par des trous 34 et 35 du support 12, puis pénètrent dans l'appareil 10 (d'une manière non représentée). Il est entendu, d'autre part, que les jonctions des tubes 32 et 33 avec l'appareil 10, d'une part, et la pompe 11, d'autre part, sont étanches au fluide et forment ainsi les passages du fluide entre la pompe 1 1 et l'appareil 10.
L'électrode 27 est de construction semblable à celle de l'électrode 26, dans ce sens qu'une ailette
36 en est solidaire. L'ailette 36 est de longueur telle qu'elle correspond à la longueur de l'ailette 28 plus les diamètres des trous 30 et 31. I1 convient de noter que l'électrode 27 ne comporte pas d'ouverture, car des passages à travers cette électrode ne sont pas nécessaires.
Un morceau de bande isolante 40 est interposé contre l'électrode 26. Ce morceau comporte des ouvertures 41, correspondant en diamètre et en écart aux trous 30 et 31, réunis par une fente de largeur correspondant à celle de l'ailette 28. La bande 40 est en une matière électriquement isolante qui, traitée à chaud et sous pression, se lie à une surface métallique adjacente. Le rôle de ce morceau de bande est exposé plus loin. Un second morceau de bande 42, comportant une fente 43, est interposé contre l'électrode 27 et la fente 43 s'adapte à l'ailette 36 de l'électrode. La composition de la bande 42 est identique à celle de la bande 40.
Un ensemble de pôles magnétiques 45, particulièrement visible dans la fig. 3, est inséré entre les morceaux de bande 40 et 42. L'ensemble 45 consiste en deux pièces polaires identiques 46 et 47, et en deux pièces d'écartement métalliques non magnétiques 50 et 51. Les pièces 50 et 51 sont pourvues de plusieurs queues-d'aronde 52 s'adaptant à des rainures dans les pièces polaires 46 et 47. Cette disposition permet de fixer l'une à l'autre les deux pièces polaires 46 et 47, parallèlement et séparées, en ménageant une lumière étroite entre les extrémités de ces pièces polaires. Les bords internes des pièces polaires 46 et 47 présentent des faces polaires 53 et 54. Ces deux faces polaires sont parallèles et sont distantes d'environ 0,25 mm.
Les deux faces polaires 53 et 54 sont recouvertes de feuilles métalliques 55 et 56 en acier à haute résistance électrique insensible aux influences corrosives des fluides mis en mouvement par la pompe 11. Les feuilles 55 et 56 sont fixées au moyen d'un adhésif isolant 58, ainsi qu'il est particulièrement visible dans la fig. 4.
L'épaisseur des feuilles 55 et 56 et de l'adhésif 58 est exagérée dans la figure afin de rendre ces éléments clairement visibles. I1 est entendu que les feuilles et l'adhésif ont des épaisseurs de l'ordre de 0,0025 mm ou moins.
L'ensemble magnétique 45 est inséré entre les bandes 40 et 42 de manière que les fentes des bandes soient en alignement avec l'espace ou canal 57.
Il y a lieu de préciser que, lorsque le dispositif est assemblé, les ailettes 28 et 36 forment deux parois opposées du canal 57. Un passage rectangulaire, comportant deux parois de cuivre et deux parois en acier à haute résistance électrique, se trouve ainsi constitué. Après avoir assemblé les électrodes, les bandes et l'ensemble magnétique 45, on applique de la chaleur et de la pression au tout et l'on forme ainsi un canal ou passage étanche au fluide 57. Les bandes 40 et 42 se ramollissent à chaud et se lient de manière étanche au fluide avec les surfaces métalliques adjacentes. Lorsqu'on retire le dispositif d'une zone de traitement par la chaleur, en le maintenant sous pression, il se refroidit et forme un unique canal étanche au fluide entre le tube 32, le canal 57 et le tube 33.
On voit donc facilement qu'un fluide s'écoulant de l'appareil 10 par le tube 32 peut être soumis à l'action de la pompe 11, dans le canal 57.
Comme le fluide contenu dans cet appareil 10 et le canal 57 est conducteur, il est évident que le courant dans le secondaire du transformateur, formé par la bande 17, passe à travers le fluide dans le canal 57, entre les ailettes 28 et 36 des électrodes 26 et 27.
Pour qu'une pression ou force de pompage soit développée dans le fluide au niveau du canal 57, il est nécessaire que les pôles 46 et 47 créent un champ magnétique traversant le canal 57. Ce champ magnétique est fourni par un second enroulement 60 ayant le nombre de tours voulu. L'enroulement 60 peut être établi de manière à être alimenté en énergie au moyen d'une source de courant alternatif habituelle, selon le type de courant fourni à l'enroulement 13. L'enroulement 60 est isolé d'un noyau magnétique 61 au moyen d'une enveloppe isolante 62. Le noyau magnétique feuilleté 61 est fixé à deux pièces magnétiques terminales 64 et 63 qui sont réunies aux pôles magnétiques 46 et 47 de manière convenable. On peut donc voir que le flux produit par le passage du courant dans l'enroulement 60 passe entre les pôles 46 et 47, ce qui crée un flux magnétique traversant le canal 57.
Ce flux traversant le canal 57 est perpendiculaire à la direction du courant passant entre les ailettes 28 et 36, ce qui développe une force dans la direction de la longueur du canal 57, conformément aux principes découverts par Faraday.
La forme d'exécution décrite constitue une pompe électromagnétique de conduction de fluide extrêmement petite, compacte et de construction simple. Si l'on considère les dimensions du canal de pompage 57, il est clair que les procédés d'assemblage classiques, tels que la soudure, nc seraient que de peu ou d'aucune utilité dans la construction du canal étanche au fluide capable de recevoir des fluides hautement corrosifs. Les liquides que l'on peut citer comme exemples de fluides corrosifs sont le sodium liquide et des combinaisons de sodium et de potassium. Un liquide composé d'une combinaison de sodium et de potassium est normalement fluide à la température ordinaire. On peut utiliser ce type de fluide dans la pompe décrite, car le canal de pompe 57 est apte à résister à leur action. éminemment corrosive.
Cette forme d'exécution permet de développer des pressions notables aux puissances de service absorbées par les enroulements 13 et 60.
Il est entendu que le dispositif peut également avoir la forme de débit-mètres à fluide conducteur dans lequel le passage d'un fluide forcé dans un canal donne naissance à un courant électrique entre les ailettes 28 et 36, dont l'intensité est fonction du débit du fluide.
Electromagnetic device, in particular a conductive fluid pump or flow meter
The present invention relates to an electromagnetic device, in particular a conductive fluid pump, called a Faraday pump or a flowmeter, operating according to the same principle.
In this device, an electrically conductive fluid circulates in a passage contained in a narrow air gap between a pair of magnetic poles, electrodes being arranged on opposite sides of said passage so that an electric current can flow between the electrodes. and through the fluid, the direction of the electric current being substantially perpendicular to the direction of the magnetic field and to the direction of flow of the fluid.
In the case of a pump, a current is circulated between the electrodes, through the fluid in the passage or channel, which produces a driving force urging the fluid along the channel and consequently producing a pumping effect. .
In the case of a flow meter or similar device, the movement of the fluid along the channel, under the effect of an external influence, results in the induction in the circuit of the electrodes of an electric current which increases. with the flow velocity.
Heretofore, fluid flow channels, comprising pairs of electrodes and insulated pole pieces, have been constructed using conventional shop methods. However, difficulties have recently been encountered due to the appearance of highly corrosive metallic fluids to be set in motion by means of pumps of the Faraday type.
One way to overcome these difficulties has been to construct the entire channel of high electrical resistance steel and to weld or otherwise join the electrodes on the faces of the channel.
This results in a loss of efficiency due to the fact that part of the current is derived from the electrodes through the walls of the channel. This loss of current is not serious, however the construction problems posed by this solution have limited the dimension of the channel to a channel large enough to be easily shaped in a usual workshop or laboratory.
It is desirable to be able to construct a Faraday-type pump or flow meter having a fluid channel not only significantly smaller than a channel achievable using conventional methods, but capable of furthermore withstand particularly corrosive fluids, while being affected as little as possible by loss of efficiency by current shunting in the walls of the channel. In particular, an advantageous channel has a cross section of about 0.25 mm by 1.27 mm, which is much less than what can be achieved using conventional methods used heretofore. The object of the present invention is to obtain a channel which meets these stringent requirements for the flow of fluid for a pump or flow meter of the type
Faraday.
The device according to the invention is characterized in that, in order to form a fluid-tight channel in the air gap, parts of the electrodes and the magnetic poles overlap, the electrodes and the magnetic poles thus presenting contiguous surfaces which are held together. in a fluid-tight manner, said surfaces being isolated from each other by an electrically insulating material,
In a particular embodiment of the dis
positive, corrosion resistant parts may
understand layers of a metal, such as steel,
of relatively high electrical resistance, these necks
ches being bonded by means of an electrically insulating adhesive to the pole faces of a pair of parts
these magnetic poles of opposite polarity.
The pole pieces are magnetized to create the
magnetic field crossed by the flowing fluid
in the canal.
Described below, by way of example and in reference
reference to the appended drawing, an embodiment of the
device of the invention consisting of a conductive fluid pump. In this drawing:
Fig. 1 is a section of said fluid pump
driver.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is an exploded view of the pump components which form the fluid flow channel, and
fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 2.
It has been shown schematically by means of dotted lines, in FIGS. 1 and 2, an apparatus 10, actuated by the conductive fluid. The conductive fluid pump, mounted laterally to the device 10, is generally designated by 11, a mounting support 12 is integral with the device 10 and forms a flat platform on which the pump 1 1 can be mounted.
The pump 1 1 consists of a step-down transformer comprising a primary winding 13 mounted on the central branch 14 of a laminated transformer core, comprising two external branches 15 and 16. The secondary 17 is formed of a single copper tower massive band.
The copper strip 17 is electrically insulated by windings of insulating tape 20, so that the strip 17 does not come into electrical contact with the branches 14, 15 or 16 of the transformer. This particular type of transformer construction is well known to those skilled in the art. The step-down transformer described above delivers an alternating current of approximately 200 amps at 50 millivolts. A branch 21 of the strip 17 is attached directly to the support 12 and helps to support the entire transformer. The branch 21 is further fixed to an electrode 26 by means of a welded junction 25. The opposite branch 22 of the strip 17 is fixed to an electrode 27 by a welded junction at 24. The branches 21 and 22, the junctions 24 and 25 and the electrodes 26 and 27 are particularly visible in FIG. 3.
The electrode 26 consists of a copper piece of rectangular cross section carrying at its center a copper fin 28. This fin is of rectangular cross section and may be formed integrally with the electrode 26 or may be attached. The electrode 26 is pierced with two holes 30 and 31 passing through the electrode at each end of the fin 28.
Two small metal tubes 32 and 33 are inserted into each of the holes 30 and 31. The tubes 32 and 33 pass through the holes 34 and 35 of the support 12, then enter the apparatus 10 (in a manner not shown). It is understood, on the other hand, that the junctions of the tubes 32 and 33 with the device 10, on the one hand, and the pump 11, on the other hand, are fluid-tight and thus form the fluid passages between pump 1 1 and device 10.
Electrode 27 is similar in construction to that of electrode 26, in that a fin
36 is in solidarity with it. The fin 36 is of such length that it corresponds to the length of the fin 28 plus the diameters of the holes 30 and 31. It should be noted that the electrode 27 does not have an opening, because passages through this electrode is not needed.
A piece of insulating strip 40 is interposed against the electrode 26. This piece has openings 41, corresponding in diameter and in distance to the holes 30 and 31, joined by a slot of width corresponding to that of the fin 28. The strip 40 is of an electrically insulating material which, heat treated and pressure treated, bonds to an adjacent metal surface. The role of this piece of tape is discussed below. A second piece of strip 42, having a slit 43, is interposed against the electrode 27 and the slit 43 adapts to the fin 36 of the electrode. The composition of band 42 is identical to that of band 40.
A set of magnetic poles 45, particularly visible in fig. 3, is inserted between the pieces of tape 40 and 42. The assembly 45 consists of two identical pole pieces 46 and 47, and two non-magnetic metal spacers 50 and 51. The pieces 50 and 51 are provided with several dovetails 52 adapting to grooves in the pole pieces 46 and 47. This arrangement allows the two pole pieces 46 and 47 to be fixed to one another, parallel and separate, leaving a narrow slot between the ends of these pole pieces. The internal edges of the pole pieces 46 and 47 have pole faces 53 and 54. These two pole faces are parallel and are separated by approximately 0.25 mm.
The two pole faces 53 and 54 are covered with metal sheets 55 and 56 of high electrical resistance steel insensitive to the corrosive influences of the fluids set in motion by the pump 11. The sheets 55 and 56 are fixed by means of an insulating adhesive 58 , as is particularly visible in fig. 4.
The thickness of the sheets 55 and 56 and of the adhesive 58 is exaggerated in the figure in order to make these elements clearly visible. It is understood that the sheets and the adhesive have thicknesses on the order of 0.0025 mm or less.
Magnetic assembly 45 is inserted between strips 40 and 42 so that the slots in the strips align with the space or channel 57.
It should be noted that, when the device is assembled, the fins 28 and 36 form two opposite walls of the channel 57. A rectangular passage, comprising two copper walls and two walls of high electrical resistance steel, is thus formed. . After assembling the electrodes, the bands and the magnetic assembly 45, heat and pressure are applied to the whole and a fluid-tight channel or passage 57 is thus formed. The bands 40 and 42 soften when hot. and bond in a fluid-tight manner with adjacent metal surfaces. When the device is removed from a heat treatment zone, while keeping it under pressure, it cools and forms a single fluid-tight channel between tube 32, channel 57 and tube 33.
It is therefore easy to see that a fluid flowing from the apparatus 10 through the tube 32 can be subjected to the action of the pump 11, in the channel 57.
As the fluid contained in this apparatus 10 and the channel 57 is conductive, it is evident that the current in the secondary of the transformer, formed by the strip 17, passes through the fluid in the channel 57, between the fins 28 and 36 of the electrodes 26 and 27.
In order for a pumping pressure or force to be developed in the fluid at the level of the channel 57, it is necessary that the poles 46 and 47 create a magnetic field crossing the channel 57. This magnetic field is provided by a second winding 60 having the desired number of turns. Winding 60 may be set up so as to be supplied with power by means of a conventional alternating current source, depending on the type of current supplied to winding 13. Winding 60 is isolated from a magnetic core 61 at the same time. by means of an insulating envelope 62. The laminated magnetic core 61 is attached to two end magnetic pieces 64 and 63 which are joined to the magnetic poles 46 and 47 in a suitable manner. It can therefore be seen that the flux produced by the passage of current in the winding 60 passes between the poles 46 and 47, which creates a magnetic flux passing through the channel 57.
This flow passing through channel 57 is perpendicular to the direction of the current passing between fins 28 and 36, which develops a force in the direction of the length of channel 57, in accordance with principles discovered by Faraday.
The embodiment described constitutes an electromagnetic fluid conduction pump which is extremely small, compact and of simple construction. Considering the dimensions of the pumping channel 57, it is clear that conventional assembly methods, such as soldering, would be of little or no use in constructing the fluid-tight channel capable of receiving. highly corrosive fluids. Liquids which may be cited as examples of corrosive fluids are liquid sodium and combinations of sodium and potassium. A liquid composed of a combination of sodium and potassium is normally fluid at room temperature. This type of fluid can be used in the pump described, because the pump channel 57 is able to resist their action. highly corrosive.
This embodiment makes it possible to develop significant pressures at the operating powers absorbed by the windings 13 and 60.
It is understood that the device may also have the form of conductive fluid flow meters in which the passage of a fluid forced into a channel gives rise to an electric current between the fins 28 and 36, the intensity of which depends on the fluid flow.