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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische
Pumpe zum Fördern geschmolzenen Metalls durch ein Rohr, indem
von der Umgebung um das Rohr elektromagnetisch eine Schubkraft
darauf ausgeübt wird, im besonderen auf eine
elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß, die geschmolzenes
Metall kraftvoll durch ein Rohr fördern kann, an das ein
wanderndes Magnetfeld angelegt ist, das durch von Wirbelströmen,
die von Mehrphasenwechselstromerregerspulen in einzeln
zwischen diesen Spulen eingefügten Metallplatten erzeugt werden,
in dem Rohr induzierte, konvergierte Magnetflüsse zusammen mit
in diese Erregerspulen umgebenden Magnetmaterialrahmen
induzierten Magnetflüssen gebildet wird.
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Allgemein ist eine konventionelle
Flügelradrotationspumpe (rotary blade type pump) als Pumpe zum Fördern
geschmolzenen Metalls, z.B. geschmolzenen Metalls hoher Temperatur aus
einem Hochofen, und im besonderen zum Kreisenlassen
geschmolzenen Natriums als Kältemittel eines schnellen
Brüters, der als eine Energiequelle der nächsten Generation in
Betracht kommt, hinsichtlich der Sicherheit unzuverlässig, und
daher wird normalerweise angenommen, daß eine
elektromagnetische Induktionspumpe, im besonderen eine elektromagnetische
Pumpe mit linearer Induktion dazu am besten geeignet ist.
Verschiedene Formen von Pumpen dieses Typs sind als solche Pumpen
mit kleiner Kapazität entwickelt und praktisch verwendet
worden. Andererseits wird die Entwicklung solcher Pumpen mit
großer Kapazität als drängendes und unmittelbar vor der
tatsächlichen praktischen Anwendung des schnellen Brüters zu
untersuchendes Problem international unter Hochdruck
vorangetrieben.
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Bei der konventionellen Form der elektromagnetischen
Pumpe mit linearer Induktion ist jedoch die magnetische Fluß
dichte des in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen Metalls zum
Ausüben der Schubkraft darauf erzeugten wandernden Magnetfelds
vergleichsweise klein, d.h. nicht größer als etwa 3.000 Gauß,
und daher ist die Ausstoßmenge der Pumpe unzureichend.
Folglich kann die konventionelle Pumpe dieses Typs nur für
vergleichsweise kleine Kapazitäten und kaum für große Kapazitäten
verwendet werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, das oben erwähnte
Problem zu lösen und eine elektromagnetische Pumpe anzugeben,
die in der Lage ist, geschmolzenes Metall in einem Rohr durch
eine einfache Struktur mit hoher Wirksamkeit kraftvoll zu
fördern, und die daher geeignet ist, z.B. aus einem Hochofen
entnommenes geschmolzenes Metall hoher Temperatur zu fördern oder
große Menge wärmeaustauschenden geschmolzenen Natriums in
einem schnellen Brüter kreisen zu lassen.
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Eine elektromagnetische Pumpe nach der Erfindung ist
im wesentlichen so aufgebaut, daß Erregerspulen abwechselnd
mit Metallplatten gestapelt sind und mit einem
Mehrphasenwechselstrom betrieben werden um mit in diesen Metallplatten
erzeugten Wirbelströmen stark konzentrierte Magnetflüsse in
Mittenlöchern dieser Metallplatten zu induzieren und ferner um in
diese Erregerspulen umgebenden Magnetmaterialrahmen induzierte
Magnetflüsse in diesen Mittenlöchern wirksam konvergieren zu
lassen und im Ergebnis auf geschmolzenes Metall in einem durch
diese Mittenlöcher verlaufenden nichtmagnetischen Rohr durch
Erzeugen eines wandernden Magnetfeldes mit den resultierenden
stark konzentrierenden Magnetflüssen eine starke Schubkraft
auszuüben.
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Eine elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem
Magnetfluß nach der Erfindung zeichnet sich in anderen Worten
dadurch aus, daß sie eine Anzahl Schichten von Erregerspulen,
die koaxial zueinander verkoppelt und alle mit der gleichen
Polarität gewickelt sind, eine Anzahl Schichten aus
Leiterplatten, die einzeln zwischen allen einzelnen Schichten der
Erregerspulen eingefügt und jeweils mit radialen, ihre äußeren
Rändern erreichenden Schlitzen und mit Löchern versehen sind,
wobei die Löcher zu den radialen Schlitzen und zueinander
koaxial in mittigen Bereichen davon geführt sind, und eine
Anzahl im wesentlichen U-förmiger, jeweilige äußere Ränder von
Querschnitten der Erregerspulen und Leiterplatten umgebender
Magnetmaterialrahmen zum Ausbilden geschlossener magnetischer
Kreise durch die Löcher umfaßt, um ein magnetflußerzeugendes
Einheitselement aufzubauen, und sich ferner auszeichnet durch
Induzieren axial wandernder und durch die aufeinanderfolgend
miteinander verbundenen Löcher verlaufender Magnetflüsse durch
in den Leiterplatten durch Anlegen von
Mehrphasenwechselströmen durch die Erregerspulen entlang der radialen Schlitze und
um die Löcher erzeugte konvergierende Wirbelströme und durch
konvergierende wandernde Magnetflüsse, die in den durch die
Magnetmaterialrahmen gebildeten geschlossenen magnetischen
Kreisen induziert und den wandernden Magnetflüssen in den
Löchern in Phase überlagert werden, um eine axiale Schubkraft
auf geschmolzenes Metall in einem aus nichtmagnetischem
Material gebildeten und durch die aufeinanderfolgend miteinander
verbundenen Löcher hindurchführenden Rohr auszuüben.
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Aus dem oben Erwähnten ist klar, daß die
elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß unter
Anwendung des Prinzips des Generators starker Magnetfelder mit
Vielschichtwirbelströmen aufgebaut ist, der vom Erfinder
verschiedentlich vorgeschlagen worden ist. Dementsprechend kann
das wandernde Magnetfeld mit sehr hoher Magnetflußdichte
erhalten werden, und daraus ergibt sich die elektromagnetische
Pumpe mit großer Kapazität, die im Vergleich mit der
konventionellen Pumpe desselben Typs eine extrem große Leistung und
eine ausreichende Ausstoßmenge hat.
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Folglich kann die elektromagnetische Pumpe nach der
Erfindung in den technischen Gebieten der Magnettechnologie,
der Leistungsmagnete, der magnetischen Materialeigenschaften,
der Kernfusion und dergleichen weitverbreitet angewendet
werden, z.B. zum Fördern beim magnetischen Gießen und anderswo
verwendeten geschmolzenen Metalls hoher Temperatur und zum
Kreisenlassen als Kältemittel eines schnellen Brüters
verwendeten geschmolzenen Natriums und ferner für ein
zukünftiges
elektromagnetisch angetriebenes Schiff, für
MHD-Stromerzeugung und anderes.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die
beiliegende Zeichnung Bezug genommen, in der:
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Fig. 1 eine abgewickelte perspektivische Ansicht ist, die
eine umrissene Struktur einer geschichteten Spule
vom Wirbelstromtyp zum Erzeugen eines starken
magnetischen Wechselfeldes zeigt, auf der die Erfindung
basiert;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine umrissene
und teilweise durchbrochene Struktur eines
mehrschichtigen, leistungssparenden Generators starker
Magnetfelder vom Wirbelstromtyp, auf dem die
Erfindung basiert;
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Fig. 3 ein Aufriß ist, der ein Beispiel einer für die
Erfindung verwendeten Spiralspule zeigt;
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Fig. 4 ein Aufriß ist, der ein Beispiel einer für die
Erfindung verwendeten Wirbelstromleiterplatte zeigt;
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Fig. 5 ein Aufriß ist, der eine beispielhafte Struktur
eines magnetflußerzeugenden Einheitselements nach der
Erfindung zeigt;
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Fig. 6 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine
beispielhafte Struktur einer elektromagnetischen
Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß nach der
Erfindung zeigt;
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine andere
beispielhafte Struktur derselben zeigt;
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Fig. 8 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die noch
eine andere beispielhafte Struktur derselben zeigt;
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Fig. 9 ein Schaltbild ist, das ein Beispiel der Verbindung
der Dreiphasenwechselspannungsbetriebs-Erregerspulen
in derselben zeigt;
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Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer
Dreiphasenwechselspannung zum Betreiben derselben zeigt;
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Fig. 11 ein Diagramm ist, das ein Beispiel für die Art der
durch die dieselbe Betriebsdreiphasenwechselspannung
erzeugten Magnetflußerzeugung zeigt;
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Fig. 12 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel derselben
zeigt;
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Fig. 13 ein Diagramm ist, daß Arten der Erzeugung eines
wandernden Magnetfeldes und der Wirbelstromerzeugung
zeigt, die durch die die elektromagnetische Pumpe
nach der Erfindung betreibende
Dreiphasenwechselspannung bewirkt werden;
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Fig. 14 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine
umrissene Struktur einer ringförmigen
elektromagnetischen Pumpe des iinearen Induktionstyps zeigt;
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Fig. 15 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die die
Betriebsart derselben zeigt;
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Fig. 16 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine
Betriebsart der elektromagnetischen Pumpe nach der
Erfindung zeigt; und
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Fig. 17 eine Kennlinie ist, die die Wirksamkeit der
Schubkrafterzeugung zum Fördern geschmolzenen Metalls im
Vergleich zwischen der konventionellen
elektromagnetischen Pumpe und der elektromagnetischen Pumpe nach
der Erfindung zeigt.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen:
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1 ... Spiralspule
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1a ... Erregerspule
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2 ... Wirbelstromleiterplatte
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3 ... Mittenloch
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4 ... Schlitz
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5 ... Freiraum
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6 ... Magnetmaterialrahmen
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7 ... Rohr
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8 ... zylindrischer magnetischer Kern
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9 ... Zwischenraum
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10 ... magnetische Flußdichtenverteilung
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11 ... Wirbelstrom
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12 ... Schubkraft
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13 ... effektiver Magnetfluß
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14 ... Leckmagnetfluß
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15 ... Kennlinie der Wirksamkeit der Schubkrafterzeugung der
elektromagnetischen Pumpe der Erfindung
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16... Kennlinie der Wirksamkeit der Schubkrafterzeugung
einer konventionellen elektromagnetischen Pumpe.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung im folgenden in
Einzelheiten beschrieben.
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Zunächst ist in Fig. 4 eine axial abgewickelte
perspektivische Ansicht einer "geschichteten Spule des
Wirbelstromtyps für starke magnetische Wechselfelder" gezeigt, wie
in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr.
63-196,072 beschrieben, die vom Erfinder vorgeschlagen worden
ist und auf der die elektromagnetische Pumpe der Erfindung
basiert, während eine teilweise durchbrochene perspektivische
Ansicht eines "mehrschichtigen, leistungssparenden Generators
von starken magnetischen Wechselfeldern", wie in der
Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-19,431 und in der
EP-A-0 383 497 beschrieben, in Fig. 2 gezeigt ist.
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Die in Fig. 1 gezeigte geschichtete Spule des
Wirbelstromtyps ist so aufgebaut, daß Spiralspulen 1 und
kreisförmige Leiterplatten 2, die jeweils einzeln ein Mittenloch 3 und
einen sich davon radial erstreckenden fächerförmigen Schlitz 4
aufweisen, abwechselnd aufeinandergestapelt sind und, wenn die
aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Spiralspulen 1
durch Anlegen einer Wechselspannung daran erregt werden,
werden in den Randbereichen der kreisförmigen Leiterplatten 2 in
der Umfangsrichtung Wirbelströme erzeugt, und weiterhin wird
die Richtung dieser Wirbelströme entlang der Schlitze 4 in die
radiale Richtung gelenkt, und daher konvergieren diese
Wirbelströme um die Mittenlöcher 3 und im Ergebnis wird in den
Mittenlöchern 3 in der axialen Richtung kontinuierlich ein
starkes magnetisches Wechselfeld erzeugt.
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Auf der anderen Seite ist der in Fig. 2 gezeigte
leistungssparende Generator von starken magnetischen
Wechselfeldern so aufgebaut, daß Spiralspulen 1 und kreisförmige
Leiterplatten 2, die jeweils einzeln ein Mittenloch 3 und einen sich
davon radial erstreckenden fächerförmigen Schlitz 4 aufweisen,
abwechselnd aufeinandergestapelt sind und weitere die
Mittenlöcher 3 der kreisförmigen Leiterplatten 2 umgebende
Bereiche, mit Ausnahme der Teile, in denen Schlitze 4
ausgebildet sind, ausgehöhlt sind, um im wesentlichen ringförmige
Freiräume 5 zu bilden, durch die hindurch rahmenförmige
Eisenkerne 6 mit gleichen Freiräumen dazwischen angeordnet sind und
daher geschlossene magnetische Kreise herstellen, die radiale
Querschnitte der abwechselnd gestapelten Strukturen von
Spiralspulen 1 und kreisförmigen Leiterplatten 2 umgeben und
daher diese Spiralspulen 1 kreuzen, mit dem Ergebnis, daß die
erregende Impedanz vergrößert wird, und daher der
Eingangsstrom davon vermindert wird, um die in Fig. 1 gezeigte
Struktur durch Beschicken mit diesen rahmenförmigen
Eisenkernen 6 zum Erleichtern der Erzeugung des starken Magnetfeldes
in den Mittenlöchern mit kleiner elektrischer Leistung zu
verbessern.
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Die elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem
magnetischem Fluß nach der Erfindung erhält man durch Verbessern
des besagten Generators starker magnetischer Wechselfelder, im
besonderen, indem man die Eigenschaften des Generators starker
magnetischer Wechselfelder, wie in Fig. 2 gezeigt, soweit wie
möglich verbessert, um ihn in die Lage zu versetzen,
geschmolzenes Metall mit hoher Temperatur zu fördern.
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In der elektromagnetischen Pumpe mit konvergiertem
Magnetfluß nach der Erfindung sind Spiralspulen 1, wie in Fig. 3
gezeigt, und Wirbelstromleiterplatten 2, die konventionell
kreisförmig oder, wie in Fig. 4 gezeigt, achteckig und die
einzeln mit Löchern 3 in mittigen Bereichen und sich radial
von den Löchern 3 zu Rändern erstreckenden Schlitzen 4
versehen sind, abwechselnd aufeinandergestapelt, um abwechselnde
Stapelstrukturen zu bilden, deren Ränder von
Magnetmaterialrahmen 6, die zum Beispiel aus geschichteten Eisenkernen
bestehen, wie im Aufriß in Fig. 5 und in der Querschnittsansicht
in Fig. 6 gezeigt, um eir magnetflußerzeugendes
Einheitselement A zu bilden, von dem die erforderlichen Anzahlen axial
zueinander angeordnet sind und in dem die Nittenlöcher 3 der
Wirbelstrom-Leiterplatten 2 zueinander geführt sind, in welche
Löcher ein Rohr 7 ausfüllend eingeführt ist, das aus
widerstandsfähigem Material besteht, wie etwa Edelstahl oder
verstärkte
Keramiken, und die daher das Fördern geschmolzenen
Metalls mit hoher Temperatur aushalten können, und in die ein
zylindrischer magnetischer Kern 8 aus ferromagnetischem
Material eingeführt und auf der Mittelachse in ihnen mit einem
zwischen dem Rohr 7 und dem magnetischen Kern 8 gegebenen
Zwischenraum 9 gehalten ist, der breit genug ist, geschmolzenes
Metall zu fördern. Fig. 5 zeigt den Außenaufriß des
magnetflußerzeugenden Einheitselementes A, während Fig. 6 den
axialen Querschnitt dreier axial dicht aneinander angeordneter
magnetflußerzeugender Einheitselemente A&sub1; bis A&sub3; zeigt.
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In diesem Zusammenhang: Der die abwechselnde
Stapelstruktur der Spiralspule 1 und der Leiterplatte 2 umgebende
Magnetmaterialrahmen 6 ist im Grunde im wesentlichen U-förmig
gestaltet, wie in Fig. 6 gezeigt. Es ist jedoch günstig für
eine Magnetflußverteilung mit hoher Dichte, wie später
erwähnt, in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen Metalls, die
spitzen Enden des U-förmigen Rahmens 6 bis zur Berührung mit
dem Rohr 7 auszudehnen und in einer solchen Form auszubilden,
daß unerwünschtes Auslecken von magnetischem Fluß vermindert
wird. In Fig. 6 ist gezeigt, daß die Magnetmaterialrahmen 6
jedes Einheitselements A&sub1; bis A&sub3; einzeln in U-Form ausgebildet
sind. Solange jedoch die spitzen Enden des U-förmigen Rahmens
6 wie oben erwähnt ausgebildet sind, können diese
Magnetmaterialrahmen 6 jedes Einheitselementes A&sub1; bis A&sub3; in
einem Körper einheitlich zusammengefaßt sein.
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Als nächstes zeigt Fig. 7 eine äußere perspektivische
Ansicht von sechs axial dicht aneinander angeordneten
magnetflußerzeugenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6;, während Fig. 8
eine axiale Querschnittsansicht von fünf axial dicht
aneinander angeordneten magnetflußerzeugenden Einheitselementen A&sub1;
bis A&sub5; ist, wie zusammen mit den in den geschlossenen
magnetischen Kreisen induzierten, mit den durchbrochenen Linien
gezeigten magnetischen Flüssen gezeigt.
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Mehrere Einheiten wie oben erwähnt ausgebildeter
magnetflußerzeugender Elemente A sind aufeinanderfolgend
angeordnet, und mehrere Spiralspulen 1 jedes einzelnen
Einheitselementes A sind sich einreihend in der gleichen
Polarität verbunden, und weiterhin sind alle Gruppen Spulen 1 von
aufeinanderfolgenden Einheitselementen A entsprechend
miteinander kombiniert und werden zum Beispiel durch Anlegen von
Dreiphasenwechselspannung betrieben. In dieser Situation
werden durch in den Wirbelstromleiterplatten 2 fließende
Wirbelströme induzierte magnetische Flüsse und in aus
Magnetmaterialrahmen 6 durch Spiralspulen 1 gebildeten geschlossenen
magnetischen Kreisen induzierte magnetische Flüsse in dem Rohr 7
axial konvergiert, im besonderen in dem in das Rohr 7
eingeführten zylindrischen magnetischen Kern 8, und daher werden
magnetische Flüsse in im wesentlichen radialer Richtung in dem
zylindrischen Zwischenraum 9 zwischen dem Rohr 7 und dem
zylindrischen magnetischen fern 8 einzeln in jedem
Einheitselement A konvergiert, so daß konvergierte magnetische
Flußdichten in jedem Einheitselement A in der axialen Richtung
entsprechend einem wandernden magnetischem Feld wandern, in dem
sich die sinusförmige Variation der Intensität in der axialen
Richtung ansprechend auf die Phasenverschiebung der angelegten
Dreiphasenwechselspannung verschiebt. Im Ergebnis wird
geschmolzenes Metall in dem Rohr 7 unter der darauf durch die
Wechselwirkung zwischen dem obigen wandernden Magnetfeld und
innerhalb des geschmolzenen Metalls in dem zylindrischen
Zwischenraum 9 induzierten Wirbelströmen in Umfangsrichtung
ausgeübte axiale Schubkraft gefördert, und daher werden die wie
oben erwähnt aufeinanderfolgend angeordneten
magnetflußerzeugenden Elemente als eine elektromagnetische Pumpe betrieben.
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In anderen Worten sind in diesen wie oben erwähnt
aufeinanderfolgend angeordneten magnetflußerzeugenden Elementen
alle Gruppen Spiralspulen 1 in den aufeinanderfolgenden
Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; miteinander in der
dementsprechenden Kombination verbunden, zum Beispiel wie in Fig. 9 gezeigt,
und werden durch Anlegen einer Dreiphasenwechselspannung U, V,
W erregt, deren Phasen Q&sub1; bis Q&sub6; sich mit einer
Winkelgeschwindigkeit verschieben, wie in Fig. 10 gezeigt. In dieser
Situation werden in dem durch den Zwischenraum 9 von dem jede
Gruppe Spiralspulen 1 in jedem Einheitselement A&sub1; bis A&sub6;
umgebenden Magnetmaterialrahmen 6 und dem zylindrischem
magnetischen Kern 8 in dem Rohr 7 zusammengesetzten geschlossenen
magnetischen Kreis magnetische Wechselflüsse induziert, die sich
einreihenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; entsprechende Phasen
und Intensitäten zeigen, die in Fig. 11 gezeigt. In Verbindung
mit Fig. 11 werden magnetische Flüsse, wie mit den
Einheitselementen A&sub3;, A&sub4;, A&sub5; jeweils entsprechenden gestrichelten
Linien gezeigt, in der den durchgezogenen Linien, die den
Einheitselementen A&sub1;, A&sub2;, A&sub6; jeweils entsprechen,
entgegengesetzten Richtung induziert.
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Als ein Ergebnis des oben Erwähnten ist die axiale
Intensitätsverteilung 10 der im wesentlichen in der radialen
Richtung in dem zylindrischen Zwischenraum 9 zwischen den
beiden Spitzendbereichen der U-förmigen Magnetmaterialrahmen
in den aufeinanderfolgenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; und
dem zylindrischen magnetischen Kern 8 induzierten magnetischen
Flüsse sinusförmig, wie in Fig. 12 gezeigt. Diese sinusförmige
Verteilung der Magnetflußintensität wandert in der axialen
Richtung mit der Winkelgeschwindigkeit ω ansprechend auf die
Phasenverschiebung der angelegten Dreiphasenwechselspannung,
um das wandernde Magnetfeld zu bilden. In den Fig. 9, 11 und
12 die Situation, in der die Gruppen Spulen 1 in jedem
Einheitselement so in Kombination miteinander verbunden sind,
daß positive und negative magnetische Pole durch sechs
Einheiten von magnetflußerzeugenden Elementen gebildet sind,
so daß das wie oben erwähnt gebildete wandernde Magnetfeld in
der axialen Richtung über die sechs Einheitselementen
entsprechende
Strecke innerhalb des einen Zyklusintervalls der
Wechselspannung wandert.
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Fig. 13 zeigt die Art der Erzeugung der auf
geschmolzenes Metall in dem Zwischenraum durch das oben erwähnte
wandernde Magnetfeld 10 ausgeübten Schubkraft, durch das in
geschmolzenem Metall in dem zylindrischen Zwischenraum 9 ein
Wirbelstrom 11 in Umfangsrichtung erzeugt wird. Als ein
Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Wirbelstrom 11 und dem
wandernden Magnetfeld 10 wird auf das geschmolzene Metall eine
Schubkraft 12 entlang der Wanderrichtung des wandernden
Magnetfeldes 10 ausgeübt, und daher wirken diese
magnetflußerzeugenden Elemente als eine elektromagnetische Pumpe.
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Im Vergleich zwischen der oben erwähnten
elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung und der zuvor erwähnten
konventionellen elektromagnetischen Pumpe mit linearer Induktion
ist die letztere - nach konventioneller Betrachtung mit der
höchsten Wirksamkeit betrieben - aus der dichten Anordnung
mehrerer Einheiten von magnetflußerzeugender Elemente A&sub1; bis
A&sub6; in der axialen Richtung gebildet, wie in Fig. 14 gezeigt,
in Bezug auf die skizzierte Struktur ähnlich wie die erstere,
wie in Fig. 8 gezeigt, und weiterhin ist in jedem
Einheitselement auch der letzteren ein zylindrischer magnetischer Kern 8
in ein Mittenloch 7 eines U-förmigen Magnetmaterialrahmens 6
eingeführt, der eine Erregerspule 1a mit einem um den
zylindrischen Magnetkern 8 herum vorgesehenen zylindrischen
Zwischenraum 9 umgibt. Offensichtlich verschieden von der
elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung, in der, wie in
Fig. 8 gezeigt, der Magnetmaterialrahmen 6 die abwechselnd
gestapelte Struktur der Spiralspulen 1 und der
Wirbelstromleiterplatten 2 umgibt, ist jedoch, daß in der konventionellen
elektromagnetischen Pumpe, wie in Fig. 14 gezeigt, nur die
Erregerspule 1a von dem Magnetmaterialrahmen 6 umgeben ist und
daß weiterhin die Erregerspule 1a von dem Rohr 7 entfernt ist,
um den Einfluß der hohen Temperatur des geschmolzenen Metalls
in dem Rohr 7 zu vermeiden. So daß nichts, was zumindest den
Durchgang von magnetischem Fluß stört, in einem weiten
Freiraum zwischen der Erregerspule 1a und dem Rohr 7 vorhanden
ist.
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In der konventionellen elektromagnetischen Pumpe mit
linearer Induktion, wie in Fig. 15 gezeigt, sind neben in dem
Magnetmaterialrahmen 6 durch die von den Spulen 1a in jedem
Einheitselement ausgeübte Erregung induzierten Magnetflüssen
durch die oben erwähnten Freiräume innerhalb der Erregerspulen
1a hindurch verlaufende magnetische Leckflüsse 14 extrem
erhöht, während wirksame magnetische Flüsse 13, die durch den
zylindrischen Magnetkern 8 in dem Rohr 7 von beiden
Spitzendbereichen des Magnetmaterialrahmens 6 weiterhin durch den
Zwischenraum 9 hindurch verlaufen, und daher im Prinzip zu der
Ausübung der Schubkraft in der axialen Richtung auf
geschmolzenes Metall in dem Zwischenraum 9 durch die Wechselwirkung
mit den darin induzierten Wirbelströmen beitragen, das heißt
die axiale Richtung rechtwinklig kreuzende
Magnetflußkomponenten, durch den Zuwachs der Leckmagnetflüsse
vermindert sind, und im Ergebnis die Wirksamkeit der Erzeugung
der auf das geschmolzene Metall ausgeübten Schubkraft extrem
vermindert ist.
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Auf der anderen Seite sind in der elektromagnetischen
Pumpe nach der Erfindung, wie in Fig. 16 im Vergleich zu Fig.
15 gezeigt, die Wirbelstromleiterplatten 2, die einzeln
zwischen jede Schicht Spiralspulen 1 eingesetzt sind, ausgedehnt,
bis diese Platten 2 das Rohr 7 berühren, um als magnetisch
abschirmende Platten gegen die Erzeugung der besagten
Leckmagnetflüsse zu wirken. So daß die Leckmagnetflüsse im Vergleich
zu der konventionellen Pumpe extrem vermindert sind, und im
Ergebnis die wirksamen Magnetflüsse 13, die durch den
zylindrischen Magnetkern 8 und weiterhin durch den Zwischenraum 9
hindurch verlaufen und daher zu der Erzeugung der auf
geschmolzenes Metall ausgeübten Schubkraft beitragen, zusammen
mit den durch die in den Leiterplatten 2 erzeugten
Wirbelströme genau nach der Erfindung induzierten Magnetflüssen im
Vergleich mit denen im konventionellen Fall extrem vergrößert
sind, und daher die Wirksamkeit der Erzeugung der Schubkraft
in der axialen Richtung bemerkenswert verbessert ist.
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Fig. 17 zeigt die Resultate der praktischen Messung
der Wirksamkeit der Erzeugung der Schubkraft in der axialen
Richtung im Vergleich zwischen der konventionellen
elektromagnetischen Pumpe und der elektromagnetischen Pumpe mit
konvergiertem Magnetfluß nach der Erfindung unter den gleichen
Bedingungen, das heißt genauer mit und ohne die Wirbelstrom- und
gleichzeitig magnetische Abschirmplatte gegen die Erzeugung
von Leckmagnetflüssen. Wie aus dem in Fig. 17 gezeigten
Vergleich zwischen den Kennlinien 15 der durch die an die
Erregerspule in der elektromagnetischen Pumpe, die der
Leiterplatte nach der Erfindung versehen ist, angelegte Spannung
erzeugten Schubkraft und den ähnlichen mit der konventionellen
elektromagnetischen Pumpe ohne irgendeine Leiterplatte
erhaltenen Kennlinien 16 offensichtlich ist, ist die Wirksamkeit
der Erzeugung der Schubkraft in der elektromagnetischen Pumpe
nach der Erfindung bemerkenswert verbessert im Vergleich zu
derselben der konventionellen elektromagnetischen Pumpe.
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Wie weiterhin aus der obigen Beschreibung hervorgeht,
ist das Grundprinzip des zuvor von dem gleichen Erfinder
vorgeschlagenen Generators starker Magnetwechselfelder des
Wirbelstromtyps nach der Erfindung geschickt auf die
elektromagnetische Pumpe zum Fördern geschmolzenen Metalls mit hoher
Temperatur angewendet, und im Ergebnis ist die Herstellung der
elektromagnetischen Pumpe dieser Art mit großen Abmessungen
und großer Kapazität erleichtert, die bei Anwendung der
konventionellen Pumpe dieser Art kaum herzustellen ist. Die
elektromagnetische
Pumpe der Erfindung beruht auf der abwechselnd
geschichteten Struktur der Spiralspule und der mit dem sich
radial von dem Mittenloch zum Rand erstreckenden Schlitz
versehenen Wirbelstromleiterplatte und dem diese geschichtete
Struktur umgebenden Magnetmaterialrahmen.
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Nach der Erfindung können die folgenden
bemerkenswerten Wirkungen auf der Grundlage der oben erwähnten
Grundstruktur erreicht werden.
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(1) Der große Erregerstrom kann durch die angelegte zum
Erzeugen des starken Magnetfeldes erforderliche niedrige
Spannung erhalten werden.
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(2) Der um das Mittenloch der Wirbelstromleiterplatte
konvergierte Wirbelstrom kann erhalten werden, und die
Leiterplatte bietet die Abschirmwirkung gegen den Leckmagnetfluß aus
dem Magnetmaterialrahmen, und im Ergebnis ist der wirksame
magnetische Fluß, der durch den zylindrischen Magnetkern und
weithin durch den in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen
Metalls ausgebildeten Zwischenraum hindurch verläuft und daher
zu der Erzeugung der auf geschmolzenes Metall ausgeübten
Schubkraft beiträgt, im Vergleich zu demselben in der
konventionellen Pumpe dieser Art extrem erhöht.
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(3) Die besagte Wirkung des erhöhten wirksamen
Magnetflusses ist in dem Fall besonders bemerkenswert erreicht, daß der
Innendurchmesser der Spiralerregerspule sehr viel größer als
der Außendurchmesser des Rohres zum Fördern geschmolzenen
Metalls mit hoher Temperatur ist, und im Ergebnis kann die
Wärmeleitung von dem Hochtemperaturrohr durch Aufweiten des
Freiraumes zwischen der Erregerspule und dem
Hochtemperaturrohr einfach verhindert werden. In diesem Zusammenhang ist
nach dem Arbeitsprinzip der Innendurchmesser des Mittenloches
im wesentlichen der gleiche wie der Außendurchmesser des
Rohres.
Mit dieser Bedingung sind jedoch keine Schwierigkeiten
verbunden, weil das Problem der Isolation vernachlässigbar
ist.