JP2009000688A - 溶融金属用電磁ポンプ及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ側ダクト１を加熱するヒータ線を省略することが出来、それにより誘導子を含めた溶融金属用電磁ポンプの径を小さくする。
【解決手段】溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属１２を通す筒状のポンプ側ダクト１に筒状の給湯側ダクト１’を接続し、ポンプ側ダクト１の外周に同ダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子５を設け、ポンプ側ダクト１の中に前記誘導子５で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２を配置したものについて、ポンプ側ダクト１の周囲に配置され、同ダクト１内に移動磁界を発生させる誘導子５のコイル７が、同ダクト１を加熱するヒータを兼ねる自己発熱型ヒータとした。この溶融金属用電磁ポンプでは、溶融金属１２を汲み上げないときは、誘導子５のコイル７に溶融金属１２に対し溶融金属１２を汲み上げ或いは給湯時とは逆の下向きの出力を加えておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融アルミニウムや溶融亜鉛等の溶融金属を搬送するために使用される溶融金属用誘導電磁ポンプとその運転方法に関し、特にヒータを省略してダクト周りの誘導子等の構成部分を細径化することが出来る溶融金属用電磁ポンプとその運転方法に関する。

例えば鋳造等の分野では溶融アルミニウムなどを搬送するために、電磁誘導作用により溶融金属に推力を与えて搬送する溶融金属用電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを巻いた誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて溶融金属に推力を与え、供給する形式の誘導形電磁ポンプが主流である。

このような誘導形電磁ポンプは、例えば特開２００６−３４１２８１号公報に記載されている。溶融金属が流れる管状のダクトの外周に移動磁界を発生するため、ヨークにコイルを巻いた誘導子を配置し、管状のダクトの内部に誘導子により発生した磁界の磁路となる磁性体のコアを配置している。コアは耐熱性及び耐蝕性を有する筒状の保護管により覆われている。従って、溶融金属の流路は管状のダクトと保護管との間に形成される環状部分となり、これにより、この種の電磁ポンプは環状流路形電磁ポンプと呼ばれている。

図８は、前述した溶融金属用電磁ポンプの従来例を示すもので、溶融アルミニウムや溶融亜鉛を搬送する一般的なものである。特に浸漬型の溶融金属用電磁ポンプを示している。
ポンプ側ダクト１は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。このポンプ側ダクト１の周囲には、同ダクト１の中を加熱するためのシースヒータ等のヒータ線９が巻回されており、溶融金属の融点以上の温度に加熱されるようになっている。

このポンプ側ダクト１の周囲には、ベースフランジ１１から吊り下げられた磁性体製のヨーク６にコイル７を巻回した誘導子５が配置されている。この誘導子５と前記ポンプ側ダクト１の外周側は、セラミック等の耐熱性及び耐蝕性を有する材料からなる保護ケース１６の中に収納されている。この保護ケース１６の下端中央に溶融金属を導入する孔があり、この部分にポンプ側ダクト１の下端が接合されてシールされている。
ポンプ側ダクト１はその上端側において接続ブロック２５を介して給湯側ダクト１’と接続されている。ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とはバネ１０’により密に接触した状態でシールされている。給湯側ダクト１’の先端には、給湯ノズル４が設けられている。

ポンプ側ダクト１の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。このコア２は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られており、下端が閉じられた円筒形の保護管３の中に収納されており、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属と直接接触しないようになっている。この保護管３はポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続ブロック２５に接続できる様に設けたフランジ２１を有している。このフランジ２１は、蓋２０により閉じられており、この蓋２０は、バネ１０によりフランジ２１に密に接触した状態でシールされている。さらにこの蓋２０から棒２２によりコア２が保護管３の中で誘導子５の高さまで吊り下げられている。保護管３の中には、コア２を固定するため、その周囲にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填されている。

このタイプの環状溶融金属用誘導電磁ポンプは、ポンプの部分のほぼ全体を溶融金属槽の溶融金属１２の中に浸漬して使用する。これにより、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属１２の液位は、誘導子５の高さまで達する。この状態で前記誘導子５のコイル７に三相交流を流し、ポンプ側ダクト１の中に上向きの移動磁界を形成する。これにより、ポンプ側ダクト１の中にある溶融金属１２に上向きの推力を与え、前記ダクト１の下端の孔からダクト１内に溶融金属を汲み上げ、さらに給湯側ダクト１’の高さ以上に溶融金属の液位を高めることで、同給湯側ダクト１’を通して溶融金属を所定の箇所に給湯する。

このような溶融金属用電磁ポンプにおいては、前述したように、ポンプ側ダクト１の周囲にシーズヒータ等のヒータ線９が巻回されており、溶融金属の融点以上の温度に加熱されるようになっている。この構造では、ヒータ線９が占める部分の空間が必要になり、誘導子５を含めた溶融金属用電磁ポンプの径が大きくなるという課題がある。
特開２００６−３４１２８１号公報 特開２０００−２８５６３８号公報

本発明は、前述した従来の溶融金属用電磁ポンプにおける課題に鑑み、ポンプ側ダクト１を加熱するヒータ線を省略することが出来、それにより誘導子を含めた溶融金属用電磁ポンプの径を小さくすることが出来る溶融金属用電磁ポンプとその運転方法を提供することを目的とする。

本発明では、前記の目的を達成するため、ヒータ線の代わりに誘導子５のコイル７をヒータとして兼用するようにしたものである。これにより、ヒータ線を設ける必要が無くなり、その分だけ溶融金属用電磁ポンプの径を小さくする。さらに、この誘導子５のコイル７をヒータとして兼用することにより、溶融金属を汲み上げない予熱時の誘導子５への出力の与え方について最適な運転方法を提示する。

すなわち、本発明による溶融金属用電磁ポンプは、溶融金属１２を通す筒状のポンプ側ダクト１に筒状の給湯側ダクト１’を接続し、ポンプ側ダクト１の外周に同ダクト１の中に移動磁界を発生させる誘導子５を設け、ポンプ側ダクト１の中に前記誘導子５で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア２を配置したものについて、ポンプ側ダクト１の周囲に配置され、同ダクト１内に移動磁界を発生させる誘導子５のコイル７が、同ダクト１を加熱するヒータを兼ねる自己発熱型ヒータとしたものである。

このような溶融金属用電磁ポンプでは、ポンプ側ダクト１内に移動磁界を発生させる誘導子５のコイル７が同ダクト１を加熱するヒータを兼ねているため、同ダクト１の周囲にヒータ線を巻回する必要がなくなる。このためその分だけポンプ側ダクト１の周囲の空間を低減することが出来るので、溶融金属用電磁ポンプの全体を細径化することが出来る。

この場合、誘導子５のコイル７は溶融金属の融点以上の温度に発熱するので、耐熱性のマイクロヒータ型のシース型無機絶縁ケーブル（シース型ＭＩケーブル）により巻回することが耐熱性の観点から好ましい。また、誘導子５のコイル７のポンプ側ダクト１に向いた面の給湯方向の長さが同コイル7の径方向の高さより大きいことが好ましい。こうすることにより、コイル７から発生する熱がポンプ側ダクト１に効率的に伝熱されると共に、併せて誘導子５の細径化が図れる。

このような溶融金属用電磁ポンプを溶融金属中に浸漬してから使用して溶融金属１２を給湯する場合、ポンプ側ダクト１を予熱のため誘導子５のコイル７には溶融金属１２の汲み上げや給湯時以前に予め通電しておく必要がある。しかしながら、通常のポンプ動作のまま通電すると、溶融金属用電磁ポンプを浸漬した瞬間に溶融金属１２が汲み上げられ、正常給湯時以前に溶融金属１２に推力が与えられ、不必要に溶融金属１２を汲み上げ、溶融金属１２を給湯してしまうことになる。そこで、溶融金属１２を汲み上げないときは、誘導子５のコイル７に溶融金属１２に対し溶融金属１２を汲み上げ或いは給湯時とは逆の下向きの出力を加えておく。これにより、予熱時に溶融金属槽の溶融金属１２を吐出してしまうことが防止出来る。そして、溶融金属１２を汲み上げ及び給湯するときは、誘導子５のコイル７に溶融金属１２に対し所要の上向きの出力を加える。

以上説明した通り、本発明による溶融金属用電磁ポンプでは、ポンプ側ダクト１を加熱するヒータを省略して溶融金属用電磁ポンプの全体を細径化することが出来るので、狭い部分にも設置可能な溶融金属用電磁ポンプが得られる。また、誘導子５のコイル７をヒータとして兼用することによる予熱時の溶融金属の給湯制御も、誘導子５のコイル７に溶融金属１２に対し下向きの出力を加えておくことにより、不必要な時の給湯を防止し、適正な給湯が可能である。

本発明では、ヒータ線の代わりに誘導子５のコイル７をヒータとして兼用することにより、その目的を達成するようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明による浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例である。この溶融金属用誘導電磁ポンプの構成は基本的に図８により前述した従来の電磁ポンプと同じであり、同じ部分は同じ符号を付してある。
ポンプ側ダクト１は、セラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料で作られている。このポンプ側ダクト１の周囲には、ベースフランジ１１から吊り下げられた磁性体製のヨーク６にコイル７を巻回した誘導子５が配置されている。この誘導子５と前記ポンプ側ダクト１の外周側とは、セラミック等の耐熱性及び耐蝕性を有する材料からなる保護ケース１６の中に収納されている。この保護ケース１６の下端中央に溶融金属を導入する孔があり、この部分にポンプ側ダクト１の下端が耐熱パッキン２４を介して接合されてシールされている。なお、以後の説明を簡単にする為、セラミック同士の接合部の耐熱パッキン２４は省略して説明する。

このポンプ側ダクト１の中には、その中心軸が一致するように磁性体製の円柱体からなるコア２が配置されている。このコア２は、下端が閉じられたセラミック等の耐熱性、耐蝕性のある材料からなる円筒形の保護管３の中に収納されており、ポンプ側ダクト１内の溶融金属と直接接触しないようになっている。図２は、このフランジ１９を含めた保護管３の全体図である。この保護管３は、その上端にフランジ１９を有しており、このフランジ１９には溶融金属を通すための溶融金属通路２０が開設されている。さらに図１に示すように、保護管３の中には、コア２を固定するため、その周囲にクッション材としてアルミナ、マグネシア等のセラミック繊維或いはセラミック粉末等の充填材８が充填されている。

前記誘導子５は、外ダクト１０を囲むように縦に設けられたヨーク６に縦に配列して３相のコイルを巻回したもので、縦型３相リニアモータの誘導子と同様の構造をなしている。従ってコイルは３の整数倍の数だけ巻回されている。この誘導子５の磁性体製のヨーク６に巻回されたコイル７は、耐熱性のシース型ＭＩケーブルにより巻回されている。従って、このコイル７に通電すると、コイル７自体が発熱する。このコイル７の縦横比、すなわちコイル７のポンプ側ダクト１に面した側の面の縦寸法とその径方向の寸法の比は１以上であり、縦が横より長くなっている。

ポンプ側ダクト１はその上端側において給湯側ダクト１’と接続されている。前記保護管３のフランジ１９は、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との間に挟持されており、このポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’との接続部は、押え金具１４を介してバネ１０の弾力が付勢され、これにより密に接触した状態でシールされている。保護管３のフランジ１９の溶融金属通路２０は、ポンプ側ダクト１と給湯側ダクト１’とを連絡し、溶融金属を通すための通路となる。給湯側ダクト１’の周囲には、シーズヒータ等からなるヒータ線９が巻回され、給湯側ダクト１’の内部が溶融金属の融点以上の温度に加熱されるようになっている。このヒータ線９が巻回され給湯側ダクト１’の周囲には、耐熱性と断熱性を有する保温材１８で囲まれている。

給湯側ダクト１’の先端には、給湯ノズル４が設けられている。図１に示すように給湯側ダクト１’が水平配管の場合、ある定量を間欠給湯すると湯の切れ目が不完全で誤差が大きくなる。その為、給湯側ダクト１’の出湯口側に堰１３付きの給湯ノズル4を付け、湯切れ性を良くしている。この給湯ノズル４を含めた給湯側ダクト１’の外観を図３に示し、給湯ノズル１４を図４と図５に示している。

図１に示すように、給湯ノズル４の底部には同ノズル４の径方向にわたって隆起した堰１３が設けられている。この堰１３は、給湯ノズル４の底部を隆起させて一部高くしたものである。この堰１３の上は、給湯ノズル４と給湯側ダクト１’との接続部となっており、ネジ２３で給湯ノズル4が抜けない様になっている。この堰１３の上の給湯側ダクト１’凹みに押え金具１４ａが耐熱パッキン２４を介してバネ１０ａの弾力により押し付けられ、密に接触した状態でシールされている。押え金具１４ａにはガスノズル１７が取り付けられ、このガスノズル１７は、図５に矢印で示すように、前記堰１３の頂部に向けて適時下方に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを噴出する。

このタイプの環状溶融金属用誘導電磁ポンプは、ポンプの部分のほぼ全体を溶融金属１２の中に浸漬して使用する。これにより、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属１２の液位は、誘導子５の高さまで達する。この状態で前記誘導子５のコイル７に三相交流を流し、ポンプ側ダクト１の中に上向きの移動磁界を形成する。これにより、ポンプ側ダクト１の中にある溶融金属１２に上向きの推力を与え、前記ダクト１の下端の孔からダクト１内に溶融金属を汲み上げ、さらに給湯側ダクト１’の高さ以上に溶融金属の液位を高めることで、同給湯側ダクト１’を通して溶融金属を所定の箇所に給湯する。

次に、この環状溶融金属用誘導電磁ポンプの動作についてその運転方法も含めて説明する。
図１に示すように、誘導子５に通電していない運転休止時は、ポンプ側ダクト１の中にある溶融金属１２の液面は、溶融金属槽の溶融金属１２の液面と同じ高さにある。このとき、予めポンプ側ダクト１を溶融金属１２の融点以上の温度に予熱し、その中の溶融金属１２を溶融した状態の維持する必要がある。そのためには、ヒータを兼ねるコイル７に通電する必要があるが、この状態でコイル７に三相交流を溶融金属を汲み上げる方向、すなわち上向きに電力を出力すると、不用意に溶融金属１２が汲み上げられてしまう。そこで先ずは図６に示すように、予熱時には、コイル７に三相交流を溶融金属を汲み上げるのとは逆方向、すなわち下向きに電力を出力する。これにより、溶融金属の液位の上昇を抑えながらポンプ側ダクト１を予熱する。給湯側ダクト１’にはヒータ９に通電し予め溶融金属１２の融点以上の温度に予熱しておく。

予熱を完了した後、図６に示すように、コイル７に三相交流を溶融金属を汲み上げる方向、すなわち上向きに電力を出力し、ポンプ側ダクト１の中の溶融金属１２に上向きの推力を与え、溶融金属１２の液位が給湯ノズル４の底部に設けた堰１３よりやや低い高さまで汲み上げる。その後、溶融金属１２を供給する給湯時には、さらにコイル７に出力する電力を高め、堰１３を越えて溶融金属を給湯ノズル４から吐出する。これにより、溶融金属１２は堰１３を越流し、給湯側ダクト１’側に流れ込み、溶融金属１２の供給が行われる。

その後、コイル７への出力を元に戻し、ポンプ側ダクト１内の溶融金属１２の液位を給湯ノズル４の堰１３よりやや低い高さまで戻すと、溶融金属１２の供給が停止される。図６では、比較的長い時間にわたって溶融金属を供給する連続給湯と比較的短い時間にわたって溶融金属を供給する間欠給湯の２つの電力出力パターンを示している。

次に、溶融金属の給湯停止時の動作について説明する。
前述したように、溶融金属の給湯状態からポンプ側ダクト１内の溶融金属１２の液位を給湯ノズル４の堰１３よりやや低い高さまで戻し、給湯を停止すると、給湯ノズル４にある溶融金属１２は堰１３を堺にその勾配に沿って堰１３の両側に流れ落ち、分離しようとする。このとき図５に矢印で示すように、前記ガスノズル１７から堰１３に向けて窒素ガスやアルゴン等の不活性ガスを噴出すると、堰１３における溶融金属１２の分離が強制的になされ、給湯ノズル４の先に流れ込む溶融金属１２が給湯ノズル４の手前に流れ込む溶融金属１２とに完全に分離される。これにより、給湯ノズル４からの溶融金属１２の供給が瞬時に停止される。

図７は、電磁ポンプの出力とノズル１７からの不活性ガスの噴出との時間的関係を示すタイムチャートの例である。この図の通り、溶融金属の供給が始まり、その後所定量の溶融金属を給湯した後、給湯を終了するが、この給湯終了時に合わせてノズル１７から不活性ガスの噴出することで、前記の給湯ノズル４の堰１３における溶融金属の分離が行われる。

本発明による溶融金属用電磁ポンプとその運転方法では、細い径のポンプ部を実現することが出来るので、ダイキャスト等の分野に使用する溶融金属供給システムとして小形の溶融金属電磁ポンプが提供出来る。

本発明による外付形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例を示す断面図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプのコアの保護管を示す斜視図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの給湯側ダクトの外観を示す斜視図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの給湯ノズルを示す半断面斜視図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの給湯ノズルを示す縦断側面図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの運転動作を示すポンプ出力の時間チャート図である。 図１に示した環状溶融金属用誘導電磁ポンプの給湯ノズルにおける給湯動作とガス噴射動作とを示す時間チャート図である。 浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ ポンプ側ダクト
１’ 給湯側ダクト
５ 誘導子
７ 誘導子のコイル
１２ 溶融金属

Claims (4)

1. 溶融金属（１２）を通す筒状のポンプ側ダクト（１）に筒状の給湯側ダクト（１’）を接続し、ポンプ側ダクト（１）の外周に同ダクト（１）の中に移動磁界を発生させる誘導子（５）を設け、ポンプ側ダクト（１）の中に前記誘導子（５）で発生した移動磁界の磁路を形成する磁性体からなるコア（２）を配置した溶融金属用電磁ポンプにおいて、ポンプ側ダクト（１）の周囲に配置され、同ダクト（１）内に移動磁界を発生させる誘導子（５）のコイル（７）が、同ダクト（１）を加熱するヒータを兼ねる自己発熱型ヒータであることを特徴とする溶融金属用電磁ポンプ。
2. 誘導子（５）のコイル（７）が耐熱性のマイクロヒータ型のシース型無機絶縁ケーブルにより巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用電磁ポンプ。
3. 誘導子（５）のコイル（７）の縦横は、ポンプ側ダクト（１）に向いた面の給湯方向の長さが同ダクト（１）の径方向の長さより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属用電磁ポンプ。
4. 前記請求項１〜３の何れかに記載の溶融金属用電磁ポンプを使用し、溶融金属（１２）を汲み上げないときは、誘導子（５）のコイル（７）に溶融金属（１２）に対し下向きの出力を加え、溶融金属（１２）を汲み上げ及び給湯するときは、誘導子（５）のコイル（７）に溶融金属（１２）に対し所要の上向きの出力を加えることを特徴とする溶融金属用電磁ポンプの運転方法。

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