CN107024118A - 熔液输送泵和熔液输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供结构简单、运转管理容易且运营成本低的熔融金属输送泵和输送系统。一种熔液输送泵，吸入并吐出导电性金属熔液，其特征在于，包括：圆筒体，由圆筒状的侧壁构成，具有下侧开口和上侧开口；螺旋体，以固定状态容纳在圆筒体中；磁场装置，设置在圆筒体的外周，圆筒体具有侧壁开口，螺旋体具有螺旋状板，通过螺旋状板的外周端缘与圆筒体的内面，将圆筒体的内部划分形成为沿螺旋状走向的一条螺旋流动路径，螺旋流动路径连通下侧开口和侧壁开口，磁场装置具有永磁体，永磁体的内周侧磁化为一个极，外周侧磁化为另一个极，永磁体的磁化强度设定为磁场到达圆筒体的内部的强度。

Description

熔液输送泵和熔液输送系统

技术领域

本发明涉及输送导电性金属熔液的输送泵和使用了该熔液输送泵的熔液输送系统。

背景技术

作为铜、铝等导电性金属熔液的输送泵，以往存在机械泵、电磁泵和真空泵等。这些泵具有以下难点，并且这些难点至今仍未被解决。

即，虽然上述机械泵是最普及的机型，但旋转叶片的损伤严重，因而必须适当更换。然而，该更换花费很多的时间。更换期间当然必须长时间停止作业，由作业停止造成的损失非常大。此外，旋转叶片本身价格昂贵，不仅原始成本非常高，而且伴随更换的运营成本也非常高。

上述电磁泵的系统因冷却线圈不得不复杂，并且为了获得必要的磁力，需要相当大体积的线圈，不能避免大型化。此外，存在电力消耗大、运营成本变大，必须详尽地建立防止熔液堵塞的策略等的运转管理变得非常繁杂和复杂等的难点。

上述真空泵在运转时将熔液吸入真空泵室内的问题多，难以运转管理。

即，这些以往的泵存在需要复杂的维护、花费大量的运营成本、运转管理复杂等难点。

鉴于这样的难点，很多的使用者期待出现结构简单、运转管理容易且运营成本低的熔液输送泵。

发明内容

本发明的泵为熔液输送泵，该熔液输送泵吸入并吐出导电性金属熔液，其特征在于，包括：

圆筒体，由圆筒状的侧壁构成，具有下端的作为吸入口的下侧开口和上端的上侧开口；

螺旋体，以固定状态容纳在所述圆筒体中；

磁场装置，设置在所述圆筒体的外周，

所述圆筒体具有在所述侧壁开口的作为吐出开口的侧壁开口，

所述螺旋体具有螺旋状板，通过所述螺旋状板的外周端缘与所述圆筒体的内面，将所述圆筒体的内部划分形成为沿螺旋状走向的一条螺旋流动路径，所述螺旋流动路径连通所述下侧开口和所述侧壁开口，

所述磁场装置具有永磁体，所述永磁体的内周侧被磁化为N极和S极中的一个极，外周侧被磁化为另一个极，所述永磁体的磁化强度设定为磁场到达所述圆筒体的内部的强度，

以此方式，形成具有从外周朝向所述圆筒体的中心的横向磁力线的磁场，或者，形成具有从所述圆筒体的中心放射状地朝向外周的磁力线的磁场，在所述圆筒体内的熔液中纵向流过电流的情况下，与该电流交叉并由洛伦兹力产生电磁力，通过该电磁力，使所述熔液在所述螺旋流动路径内旋转的同时，从所述下侧开口朝向所述侧壁开口旋转驱动所述熔液。

本发明的实施方式的熔液输送系统，具有：上述的熔液输送泵、保持熔液的第一保持炉和保持熔液的第二保持炉，所述第一保持炉连接至所述熔液输送泵的所述吸入口，所述第二保持炉连接至所述熔液输送泵的所述吐出口。

附图说明

图1是示出作为本发明的实施方式的熔液输送系统整体的整体结构图。

图2是示出图1中的熔液输送泵的纵剖说明图。

图3是示出图2的熔液输送泵的结构部件的分离状态的分离状态说明图。

图4是沿图2的IV-IV线截取的截面说明图。

图5是对应于图4的变型例的截面说明图。

图6是对应于图4的变型例的截面说明图。

图7是对应于图5的变型例的截面说明图。

图8是图2的螺旋体下端支撑板的俯视图。

图9是说明由熔液输送泵的洛伦兹力产生的电磁力的操作说明图。

图10是图9的操作的说明图。

图11是示出不同实施方式的熔液输送系统整体的整体结构图。

图12是示出图11的熔液输送泵的纵剖说明图。

具体实施方式

从图1等可知，本发明的实施方式具体体现为输送导电性金属熔液的泵装置3和使用了该泵装置的熔液输送系统100。上述导电性金属熔液是非铁金属(例如，铝、铜、锌或硅、或者这些中至少两者的合金、或者镁合金等)熔液以外的铁等的非铁金属以外金属的熔液。

从图1可知，上述泵装置3例如用于从位于下方的下侧保持炉1将熔液M提升至位于上方的上侧保持炉2。

原理上简单地进行说明，上述泵装置3是根据由来自永磁铁的磁场和流过导电性金属熔液中的电流形成的洛伦兹力所产生的电磁力来输送驱动导电性金属熔液的装置。由于是根据这样的原理(由永磁铁的磁场和流过其的电流形成的洛伦兹力)进行操作的装置，因此，运转管理与以往的装置相比也极其容易，消耗电流与以往的电磁泵相比能够大大变少，还能够抑制运营成本，进而由于使用永磁铁抑制自发热，并且由于是机械运动部分不存在的结构，因此，能够是结构简单且耐于长期使用的牢固装置。进一步，本发明的实施方式不仅构成为能够在构成部件因高温熔液损耗时更换损耗的部件，而且也能够容易地更换。由此，所谓使用的维护也变得极其容易。

更具体而言，本发明的实施方式说明如下。

从图1可知，上述泵装置3的上下两端分别连接有保持炉1、2。即，泵装置3的下端的入口端(吸入口)IN经由入口侧的连接管5与保持炉1以连通状态连接，上端的出口端(吐出口)OUT经由出口侧的连接管6与保持炉2以连通状态连接。上述入口端IN和上述出口端OUT随后详细进行说明，在内部通过形成在管体(壳体)8内部的一条螺旋状的流动路径P相连。该流动路径P是通过管体8的内面和容纳于管体8的螺旋体9的螺旋状的鳍状部9a划分的流动路径。

在图1的熔液输送系统100中，为了在上述流动路径P内的熔液M纵向流过电流，设置为第一电极32A浸没于保持炉1内的熔液M1中，第二电极32浸没于保持炉2内的M2中的状态。这些电极32A、32分别连接至电源装置33的正负端子33a、33b。第一电极32A、第二电极32的位置不限于上述，只要分别与熔液M1、熔液M2电导通即可。

上述电源装置33可至少作为直流电源装置发挥作用，本发明的实施方式使用作为直流电源装置和交流电源装置发挥作用的多功能电源装置。即，至少作为直流电源装置发挥作用，并且能够切换正负输出端子的极性。而且，也能够作为低频率(例如，0至10Hz程度，优选的是0至5Hz程度)的交流电源装置发挥作用。构成为能够调节输出电压和输出电流。此外，从成本方面出发，也能够使用单功能的直流电源装置。

图1示出了电源装置33作为直流电源装置发挥作用的情况，端子33a为正端子，端子33b为负端子。如前述一样，上述正端子33a连接至上述第一电极32A，负端子33b连接至第二电极32。由此，来自电源装置33的电流i离开端子33a，通过保持炉1内的熔液M1、泵装置3内的熔液、保持炉2内的熔液M2，返回至端子33b。这时，电流i在图2示出的管体8(流动路径P)内的熔液中从下方朝向上方纵向流动。

此外，如从前述的内容同样可知，电源装置33能够切换端子33a为负，端子33b为正。在该情况下，电流i与上述相反，在图2示出的管体8(流动路径P)内的熔液中从上方朝向下方流动。

进一步，在电源装置33作为低频率的交流电源发挥作用的情况下，电流i在图2示出的管体8(流动路径P)内的熔液中以上下交替振动的方式流动。

参照图2和图3说明上述泵装置3的细节。图2是剖断泵装置3的一部分并示出的部分剖断纵剖说明图，图3示出了构成部件的分离状态。从图2可知，泵装置3具有：L型中空的管体(壳体)8、螺旋体9、螺旋体下端支撑板10、盖(螺旋体上端支撑板)11、磁场装置12。这些部件分别由耐火材料制成。由于耐火材料的化学成分众所周知，因此不作详细地说明，能够采用二氧化硅(SiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、碳化硅等的通用材料。

特别是从图3可知，管体8具有：对熔液M施予电磁力F的主要的垂直入口管部(圆筒体)8a和次要的在图中向右弯曲的出口管部8b。这里，入口管部8a和出口管部8b是由相同的材料一体地成型，为高强度的材料。入口管部(圆筒体)8a由圆筒状的侧壁构成，其下端是所谓的下侧开口UDO(IN)，上端是所谓的上侧开口UPO，侧壁具有侧壁开口SIO。此外，如后述一样，仅通过取下圆筒体8a的盖11，能够极其容易地装卸螺旋体9，也能够容易地执行内部的清洁、与新的螺旋体9的更换。

进一步，如前述一样，上述入口管部8a的下端的入口端(下侧开口)IN和入口侧的上述连接管5经由上述螺旋体支撑板10连接为连通状态。上述出口管部8b的出口侧的出口端(吐出口)OUT与出口侧的上述连接管6连接为连通状态。

在上述管体8(入口管部8a)内，上述螺旋体9在不旋转的状态且可拆卸的状态下以固定状态被容纳。即，在容纳时，从图2可知，螺旋体9在上下通过上述盖11和上述螺旋体下端支撑板10夹紧，以不旋转且上下方向不运动的方式以固定状态进行支撑。即，上述螺旋体9以上下方向和旋转方向上固定的状态容纳在在上述管体8的内部。

在图8示出了上述螺旋体下端支撑板10的俯视图。从图8可知，螺旋体下端支撑板10通过在圆板穿设多个连通开口10a，构成为具有圆环状的周缘部10b、将周缘部10b的内缘的相对两个部分相连的支撑部10c。支撑部10b能够设置多个。特别是从图2可知，通过螺旋体下端支撑板10的上述连通开口10a，上述入口侧的连接管5和上述管体8的入口端IN连通。从图8可知，在上述支撑部10c的表面(内侧表面)的大约中央，凹设有从下方以固定状态支撑螺旋体9的后述轴部9a的支撑孔10d。

例如从图3可知，上述螺旋体9具有：圆柱状的轴部9a、螺旋状的一枚鳍状部(螺旋状板)9b。上述鳍状部9b在轴部9a的外周以螺纹牙状旋转的方式配置。上述螺旋体9能够从起初构成为一体，也能够通过之后附加鳍状部9b至轴部9a而构成。在图3中，螺旋体9的鳍状部9b形成为所谓的左旋螺纹状，但也能够形成为右旋螺纹状。形成为右旋螺纹状的情况时，为了在相同方向上驱动熔液M，电流i的方向反向地(从上方朝下方的方向)流过即可。

虽然在之前也简单叙述过，从图2可知，通过鳍状部9b的最外周端面与上述入口管部8a的内面划分形成一条螺旋状的上述流动路径P。从图2可知，该流动路径P作为入口侧的下端与上述入口端IN连通，作为出口侧的上端与上述出口端OUT连通。

作为上述螺旋体9，能够预先准备多种类型的各种结构的螺旋体。即，预先准备改变了鳍状部9b的节距的多种类型的螺旋体9。根据装置的规格、用途确定使用哪种螺旋体9。根据其每次用途可更换使用。使用节距小的螺旋体时，熔液M的纵向速度变慢，使用节距大的螺旋体时，熔液的纵向速度变快。

如图2中所示，上述磁场装置12外置在环绕上述管体8的外周。磁场装置12以能够相对于上述管体8在上下方向上调节的方式通过任意的方式安装。由此，在上下方向上移动磁场产生装置31，能够选择更高效的熔液M的驱动位置。此外，能够在永磁铁更不受温度影响的低温位置配置磁场产生装置31。这些优选位置例如在相同条件下通过观察熔液M的驱动能力能够进行推测。

从图2同样可知，磁场装置12是在环状的外壳12b容纳同样环状的永磁铁装置12a的装置。在外壳12b的期望位置能够设置空气冷却用的孔(空气引入口、排出口)。此外，特别是从沿上述磁场装置12的IV-IV线观察的横截面说明图的图4可知，永磁铁装置12a具有：环状的永磁体本体12a1、包围永磁铁本体的内周面和外周面的强磁性材制的环状磁轭12a21、12a22。从图4同样可知，永磁铁本体12a1是所谓的环状，分别将内周侧磁化为N极，外周侧磁化为S极。而且，如图5所示，磁化方向与此相反，可分别将内周侧磁化为S极，外周侧磁化为N极。在相反进行磁化的情况下，为了在流动路径P中提升熔液M，改变电流i的方向即可。

此外，在图4、图5中，永磁铁装置12a虽然构成为一体式的环状装置，从图6、图7可知，也能够构成为由多个永磁铁片12aa形成的装置。在该情况下，上述磁轭12a21、12a22作为将多个永磁铁片12aa磁性相连的强磁性磁轭而发挥作用。

以上说明的泵装置3和熔液输送系统100例如以以下的方式组装。只是，组装顺序除以下说明的以外，能够根据现场状况等采用各种顺序。

即，特别是从图3可知，管体8的入口管部8a的下端的凸缘部8a1和入口侧的上述连接管5的凸缘部5a将上述螺旋体支撑板10夹持并连接为连通状态，并且，管体8的出口管部8b的前端的凸缘部8b1和出口侧的连接管6的凸缘部6a连接为连通状态。

在上述入口管部8a，上述磁场产生装置31以任意的顺序安装为外置状态。之后，将螺旋体9从上方(上侧开口UPO)插入在入口管部8a内，螺旋体的下端通过上述螺旋体下端支撑板10支撑。之后，将上述盖11安装至入口管部8a。在盖11的内面，特别是从图3可知，凹设有将螺旋体9的轴部9a的顶部容纳为固定状态的支撑孔11a。由此，上述螺旋体9通过盖11和螺旋体支撑板10支撑为固定状态。

此外，拆卸通过与上述相反的顺序能够执行。通过拆卸，根据需要，能够将螺旋体9更换为同类型的新的螺旋体或其它类型的新的螺旋体。在更换为其它类型的螺旋体情况下，能够将熔液M的上升速度改变为所需的速度。然而，由于上述拆卸能够仅通过上述盖11的取下执行，因此，能够极其容易执行维护。此外，通过分离入口侧的连接管5和出口侧的连接管6，也可进行泵装置3本身的更换。当然，也可进行螺旋体下端支撑板10的更换。

接着，对通过本发明的实施方式的泵装置3驱动熔液M进行说明。

来自图1的电源装置33的电流i，特别是从图2可知，在入口管部8a(流动路径P)内的熔液中从上向下纵向流过。来自磁场装置12的磁力线ML，特别是从图9可知，从外周朝向中心方向。上述电流i和上述磁力线ML交叉并由洛伦兹力产生电磁力F。电磁力F在整个外周形成为图9中右旋的电磁力。因此，该电磁力F被合成，通过合成力RF，熔液在图9中右旋地旋转。即，熔液在上述流动路径P内右旋旋转。由此，从图2可知，熔液沿上述螺旋体9的鳍状部9b的向上斜面，以螺旋阶梯升高的方式环绕并上升。在图10原理上示出熔液旋转的同时上升的状况。接着从入口管部8a的上端侧到达出口管部8b，接着经由出口侧的连接管6流入炉本体2。这时，通过改变上述电流i的强度，能够调节驱动熔液M的能力，即单位时间内的输送量。该情况下的电力消耗与以往的装置的电磁体的电力消耗相比极少。

此外，作为磁场装置12，在使用图5、图5a的装置的情况时，将从上述电源装置33流出的电流方向反向即可。

此外，在图1的系统中，从电源装置33流过低频率的交流电流时，在泵装置3(入口管部8a)内，对熔液以短周期左右切换将要旋转的方向，提供振动。通过该振动除去熔液内部的不纯物质，实现熔液品质的提高。即，也可以进行在熔液的品质提高后提升至上方的炉本体2的使用方法。此外，还可进行各种使用方法。例如，能够将上方的炉本体2中的熔液引导至泵装置3并改善品质，之后再返回至炉本体2等。

图11、图12示出了本发明的实施方式的不同示例。在该示例中，泵装置3A为不同结构的装置。即，在之前说明的实施方式中，壳体8为L型的管形状，而图9、图10的实施方式是壳体18为笔直管状的制造容易的结构。与此相伴，上端部分为与下端部分相同的结构，并且与出口侧的上述连接管6连接。即，在图8的螺旋体支撑板10在其支撑孔10d朝向下方的状态下夹持在出口侧的连接管6之间的状态下使用。由于其他的结构实质相同，因此省略详细说明。同样在该实施方式中，可进行螺旋体9、螺旋体支撑板10等的更换。此外，图中，5A是与入口侧的连接管5相同的连接管。

此外，在上述说明的实施方式中，管体8(入口管部8a)为垂直竖立的状态，但不一定需要是垂直的，也能够设置成倾斜的状态。

Claims (15)

1.一种熔液输送泵，该熔液输送泵吸入并吐出导电性金属的熔液，其特征在于，具有：

圆筒体，由圆筒状的侧壁构成，具有下端的作为吸入口的下侧开口和上端的上侧开口；

螺旋体，以固定状态容纳在所述圆筒体中；

磁场装置，设置在所述圆筒体的外周，

所述圆筒体具有在所述侧壁开口的作为吐出开口的侧壁开口，

所述螺旋体具有螺旋状板，通过所述螺旋状板的外周端缘与所述圆筒体的内面，将所述圆筒体的内部划分形成为沿螺旋状走向的一条螺旋流动路径，所述螺旋流动路径连通所述下侧开口和所述侧壁开口，

所述磁场装置具有永磁体，所述永磁体的内周侧被磁化为N极和S极中的一个极，外周侧被磁化为另一个极，所述永磁体的磁化强度设定为磁场到达所述圆筒体的内部的强度，

以此方式，形成具有从外周朝向所述圆筒体的中心的横向磁力线的磁场，或者形成具有从所述圆筒体的中心放射状地朝向外周的磁力线的磁场，在所述圆筒体内的熔液中纵向流过电流的情况下，与该电流交叉并由洛伦兹力产生电磁力，通过该电磁力，使所述熔液在所述螺旋流动路径内旋转的同时，从所述下侧开口朝向所述侧壁开口旋转驱动所述熔液。

2.根据权利要求1所述的熔液输送泵，其特征在于，所述螺旋体具有安装所述螺旋状板的轴部，所述轴部在所述下侧开口与所述上侧开口之间以固定状态进行支撑，并且所述螺旋体以相对于所述筒状体从所述上侧开口可装卸的方式被容纳。

3.根据权利要求1或2所述的熔液输送泵，其特征在于，所述永磁体由一个环状永磁铁构成。

4.根据权利要求1或2所述的熔液输送泵，其特征在于，所述永磁体具有多个永磁铁片，通过将这些永磁铁片配置为圆周状而构成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，作为所述螺旋体具有多种类型的螺旋体，各所述螺旋体的任一个能够容纳在所述圆筒体中，各所述螺旋体构成为与所述螺旋状板的节距不同。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，作为所述螺旋体具有至少两个螺旋体，各所述螺旋体的任一个能够容纳在所述圆筒体中，所述两个螺旋体中的一个螺旋体的所述螺旋状板构成为右旋螺纹状，另一个构成为左旋螺纹状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，所述熔液输送泵具有在所述圆筒体的所述下侧开口安装的螺旋体下端支撑板，所述螺旋体下端支撑板支撑所述螺旋体的下端并且构成为具有将所述圆筒体的内部与外部连通的连通开口。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，所述熔液输送泵包括用于在所述圆筒体中的熔液中纵向流过电流的第一电极和第二电极。

9.根据权利要求8所述的熔液输送泵，其特征在于，所述熔液输送泵具有连接所述第一电极和所述第二电极的电源装置。

10.根据权利要求9所述的熔液输送泵，其特征在于，所述电源装置是直流电源装置。

11.根据权利要求9所述的熔液输送泵，其特征在于，所述电源装置是交流电源装置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，所述熔液输送泵还具有在所述圆筒体的所述上侧开口安装的盖，通过所述盖和所述螺旋体下端支撑板支撑固定所述螺旋体。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的熔液输送泵，其特征在于，所述多个永磁铁片通过磁轭磁性连接。

14.一种熔液输送系统，其特征在于，具有：根据权利要求1至13中任一项所述的熔液输送泵、保持熔液的第一保持炉和保持熔液的第二保持炉，所述第一保持炉间接地连接至所述熔液输送泵的所述下侧开口，所述第二保持炉间接地连接至所述熔液输送泵的所述侧壁开口。

15.根据权利要求14所述的熔液输送系统，其特征在于，所述第一电极设置在与容纳在所述第一保持炉的熔液能够导通的位置，所述第二电极设置在与容纳在所述第二保持炉的熔液能够导通的位置。