JP2009262212A - 溶融金属用誘導電磁ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる外置型溶融金属電磁ポンプに浸漬型溶融金属電磁ポンプの利点を組合せ、誘導子に直接溶融金属の熱が及ばないようにすると共に、ダクト類の分解、組立等のメンテナンスを容易する。
【解決手段】溶融金属電磁ポンプは、溶融金属１２を収納する溶融金属槽１１の壁体の一部又は全てを形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクト３と、この外側ダクト３の中に流入口５側の端部が配置された円筒形の給湯ダクト１と、前記外側ダクト３の外にこれを囲むように設けられ、同外側ダクト３と給湯ダクト１との間に移動磁界を発生させる誘導子１４と、この誘導子１４の位置に対応して給湯ダクト１の前記流入口５側の端部に内蔵されたコア２とを有する。前記誘導子１４は、外側ダクト３と給湯ダクト１との間の溶融金属が給湯ダクト１の流入口５からその中に誘導する方向に移動磁界を発生する
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導磁界により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に関し、特に電磁ポンプ部分において、溶融金属槽の壁体或いはその一部を形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクトと、この外側ダクトの中に配置された給湯ダクト流入口側の端部とにより二重ダクト構造を形成し、外側ダクトを囲むように移動磁界を発生させる誘導子を設けた誘導子外置型溶融金属用誘導電磁ポンプに関する。

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誘導電磁ポンプが利用されている。このような溶融金属用誘導電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを嵌合して誘導子とし、その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、ヨークにコイルを嵌合した誘導子を配置し、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９は、前述した溶融金属用誘導電磁ポンプの特に誘導子を溶融金属の外に配置した外置型溶融金属用誘導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。
溶融金属３２を入れた溶融金属槽３１の底部近くの斜めの壁面３３に出湯口が開口しており、この出湯口にフランジ状の継手を介して給湯方向に向けて斜め上向きに真っ直ぐなポンプ側ダクト２１が接続されている。さらにこのポンプ側ダクト２１には、中間部が下方に曲げられた給湯側ダクト２１’がフランジ継手等の継手２５、２５’を介して接続されている。この先の給湯側ダクト２１’は、図示してないバネ等により手前のポンプ側ダクト２１に押しつけられ、継手２５、２５’の間に挿入された耐熱性のガスケットにより継手２５、２５’の部分のシール性が確保されている。これらのダクト２１、２１’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、保温のため外側にヒータ２９が巻かれ、溶融金属３２の融点以上の温度に加熱されるようになっている。

手前のポンプ側ダクト２１の周囲には、磁性体製のヨークにコイルを嵌合した誘導子３４が配置されている。またこのポンプ側ダクト２１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２２が配置されている。このコア２２は、両端が閉じられた円筒形の保護管２３の中に収納されており、ポンプ側ダクト２１の中の溶融金属と直接接触しないようになっている。保護管２３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、その中のコア２２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２８が充填されている。

保護管２３の給湯側ダクト２１’に近い一端部の周囲にフランジ２６が延設され、このフランジ２６の外周に近い部分が前記ポンプ側ダクト２１と給湯側ダクト２１’とを接続する継手２５、２５’の間に挟持されている。これにより、保護管２３の中のコア２２がポンプ側ダクト２１の中心に位置するよう保持されている。ポンプ側ダクト２１と給湯側ダクト２１’は、その外周に設けた保温用のマイクロヒータ等からなるヒータ２９により加熱され、溶融金属の凝固を防ぐ。フランジ２６の前記継手２５、２５’に挟持された部分より内周側には、溶融金属３２の通路となる複数の円弧状の通過孔２７が設けられている。

図１０は、いわゆる浸漬形の環状溶融金属用誘導電磁ポンプの例である。この形式の環状溶融金属用誘導電磁ポンプは誘導子３４を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３７の中に収納し、ポンプの部分のほぼ全体を溶融金属槽の溶融金属３２の中に浸漬している。保護ケース３７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２１の下端が接合されている。このポンプ側ダクト２１の下端の孔からポンプ側ダクト２１内に溶融金属３２を汲み上げる。保護管２３はフランジ４１によりポンプ側ダクト２１と給湯側ダクト２１’との接続部から誘導子３４の高さまで吊り下げられている。その接続部は縦方向の蓋４２と横方向の蓋４２’により閉じられている。コア２２は、縦方向の蓋４２から棒４３により誘導子３４の高さまで吊り下げられている。その他、電磁ポンプそのものの構造及びダクト２１、２１’の接続は基本的に図９に示したものと同様であり、同じ部分は同じ符号で示している。その詳細は重複するので説明を省略する。

これらの溶融金属用誘導電磁ポンプは、双方の形式共にそれぞれの形式特有の問題を有している。
まず、図９により説明した誘導子３４を溶融金属３２の外側に配置したいわゆる外置型電磁ポンプでは、円弧状の通過孔２７を有する保護管２３のフランジ２６の前記通過孔２７より外側の部分をポンプ側ダクト２１と給湯側ダクト２１’とのフランジ２５、２５’の間にを挟持して接続している。このため、ポンプ側ダクト２１と給湯側ダクト２１’との接続構造及び保護管２３の保持構造が複雑で且つ不安定である。それ故、運転時に振動が問題になる他、メンテナンスのためポンプ側ダクト２１、給湯側ダクト２１’及び保護管２３を分解し、その後再組み立てするのに手数と時間がかかる。

また、図１０により説明した誘導子３４を保護ケース３７に収納して溶融金属３２の中に配置したいわゆる浸漬型電磁ポンプでは、ポンプ側ダクト２１とそれを囲んで配置される誘導子３４とをセラミック製の保護ケース３７に収納する。そのため、必然的にポンプ全体が大型化する。また、誘導子３４を溶融金属３２に浸漬した保護ケース３７の中に収納しているため、誘導子３４が外部に放熱出来ず熱がこもり、誘導子３４が高温となる。このため、誘導子３４に特殊な耐熱性コイルを使う必要がある。加えて、ポンプ側ダクト２１と保護ケース３７とを溶融金属３２の中で継ぎ合わせるため、耐熱性、耐蝕性パッキングによる特殊な継手技術を必要とする。これ等の理由から、コストアップの要因が多くなり、製造、メンテナンスの点で難しい問題を含んでいる。
特開２００６−３４１２８１号公報

本発明は、前記従来の溶融金属用誘導電磁ポンプにおける課題に鑑み、いわゆる外置型溶融金属電磁ポンプに浸漬型溶融金属電磁ポンプの利点を組合せ、誘導子に直接溶融金属の熱が及ばないようにすると共に、ダクト類の分解、組立等のメンテナンスを容易にした外置型電磁ポンプ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、電磁ポンプ部分において、溶融金属槽１１の壁体の一部または全てを形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクト３と、この外側ダクトの中に配置された給湯ダクト１の流入口５側の端部とにより二重ダクト構造を形成し、外側ダクト３の外にこれを囲むように移動磁界を発生させる誘導子１４を設けた。これにより誘導子１４が外部に放熱出来るようにすると共に、外側ダクト３と給湯ダクト１との密な接続を不要とし、これにより構造を簡略化すると共に、ダクト類の分解、組立等のメンテナンスを容易にした。

本発明による溶融金属用誘導電磁ポンプは、一般の溶融金属電磁ポンプと同様に、基本的には溶融金属を通す筒状のダクト１、３の外側に移動磁界を発生させる誘導子１４を設け、ダクト３の中に前記誘導子１４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を配置したものである。

本発明では、このような溶融金属電磁ポンプにおいて、溶融金属１２を収納する溶融金属槽１１の壁体の一部又は全てを形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクト３と、この外側ダクト３の中に流入口５側の端部が配置された円筒形の給湯ダクト１と、前記外側ダクト３の外にこれを囲むように設けられ、同外側ダクト３と給湯ダクト１との間に移動磁界を発生させる誘導子１４と、この誘導子１４の位置に対応して給湯ダクト１の前記流入口５側の端部に内蔵されたコア２とを有し、前記誘導子１４は、外側ダクト３と給湯ダクト１との間の溶融金属が給湯ダクト１の流入口５からその中に誘導する方向に移動磁界を発生するものである。

この溶融金属電磁ポンプにおいては、溶融金属１２が溶融金属槽１１側から外側ダクト３と給湯ダクト１との間を通り、反転して給湯ダクト１の流入口５からその中に誘導される方向に誘導子１４に移動磁界を発生させる、外側ダクト３と給湯ダクト１との間の溶融金属の圧力で溶融金属槽１１側から給湯ダクト１を通して目的の個所に溶融金属を搬送する。

このような溶融金属用誘導電磁ポンプでは、溶融金属槽１１の一部又は全てを形成する外側ダクト３の外側に移動磁界を発生させる誘導子１４を設けているので、誘導子１４を溶融金属の高温に晒されるケース等に収納する必要がなく、誘導子１４の熱を外部に放出することが出来る。また、外側ダクト３の中に給湯ダクト１の開口した流入口５側の端部を配置するだけで良く、接合する必要が無いので、外側ダクトと給湯ダクトとの密な接続が不要となり、それらの分解や組立が容易となる。

この溶融金属用誘導電磁ポンプでは、鋳型ａへの溶融金属の鋳込み等の鋳造の分野の他、給湯ダクト１の流出口１０側の多少の形態的変更により、様々な用途に向けて利用することが出来る。例えば、給湯ダクト１の流出口１０から噴出する溶融金属に線材等のメッキ物ｂを通すことにより、溶融金属メッキが行える。この場合には、給湯ダクト１の流出口１０から吐出される溶融金属をその溶融金属槽１１に戻す還流路１８を設けるとよい。さらに、給湯ダクト１の流出口１０から溶融金属槽１１内の溶融金属１２の中に溶融金属を直接吐出するようにすれば、溶融金属槽１１内の溶融金属１２を攪拌する攪拌ポンプとしての利用も可能である。

以上説明した通り、本発明による溶融金属用誘導電磁ポンプでは、誘導子１４の熱を外部に放熱することが出来るので、誘導子１４に特殊な耐熱性コイルを必要としない。また、外側ダクトと給湯ダクトとを密に接続する必要がく、それらの分解や組立が容易となるため、溶融金属用誘導電磁ポンプの組み立てや保守、管理が容易に行える。これらの理由により、溶融金属用誘導電磁ポンプの小型化や保守、管理も含めた低コスト化を図ることが出来る。

本発明では、溶融金属槽１１の壁体の一部または全てを形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクト３の中に給湯ダクト１の流入口５側の端部を配置することで、その部分を二重ダクト構造とし、この外側に誘導子１４を設けることで誘導子１４の外部への放熱を可能にすると共に構造を簡略化し、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と図２は、本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例であり、図１はその全体断面図、図２はその外側ダクト３の部分の要部拡大断面図である。
溶融金属１２を入れた溶融金属槽１１の底部近くに、同溶融金属槽１１の壁体の一部を形成するように円管状の外側ダクト３が設けられている。この外側ダクト３は一端が閉じたセラミクス等からなる耐熱性、耐蝕性を有するカップ状のものであり、溶融金属槽１１の底部近くの側壁に内側から埋め込み、同側壁から横に張り出して小部屋を形成するように設けられている。溶融金属槽１１と外側ダクト３とは、密にシールされると共に、溶融金属槽１１から溶融金属１２を抜いたときは、溶融金属槽１１の側壁から取り外すことが出来る。

この外側ダクト３の中には、給湯ダクト１の流入口５側の端部が挿入、配置され、この部分において外側ダクト３と給湯ダクト１の流入口５側の端部とは二重管構造を形成している。この給湯ダクト１の流入口５側の端部には、磁性体からなる円管状のコア２が埋め込まれている。
この給湯ダクト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おり、溶融金属槽１１の中の溶融金属１２を通って溶融金属槽１１の中を立ち上がり、この溶融金属槽１１の蓋７の通孔８を通ってその上に延びている。この蓋７の上に延びた給湯ダクト１の上端近くの部分は横く字形に曲がって登り勾配から下り勾配へと続き、流出口１０に至っている。給湯ダクト１の登り勾配から下り勾配へと変わる底部の最も高い部分は後述するように溶融金属を越流させる越流堰６となっている。

外側ダクト３の外周には、マイクロヒータ等のヒータ９が巻かれ、さらにその外側が断熱材４で覆われ、外側ダクト３が外部に対して熱絶縁されている。
さらに、この断熱材４の外側には、外側ダクト３を囲むように誘導子１４が設けられている。図２に示すように、この誘導子１４は、ヨーク１５にコイル１６を嵌合したもので、モータや発電機等の電機子のステータに当たる部分である。前記給湯ダクト１の流入口５側の端部に埋め込まれたコア２は、この誘導子１４の位置に対応するように設けられている。

このような溶融金属電磁ポンプにおいては、誘導子１４に図１と図２において左から右方向へ移動磁界を発生させる。これにより誘導子１４と給湯ダクト１の流入口５側の端部のコア２との間に形成される磁路に沿って外側ダクト３と給湯ダクト１の流入口５側の端部との間に移動磁界が形成される。この移動磁界に誘導されて外側ダクト３と給湯ダクト１の流入口５側の端部との間にある溶融金属１２が図１と図２において左から右方向へ推力を受け、外側ダクト３の閉じた端部で反転して給湯ダクト１の流入口５から給湯ダクト１の中に流れ込む。この給湯ダクト１の中に流れ込んだ溶融金属は、外側ダクト３と給湯ダクト１の流入口５側の端部との間にある溶融金属１２の圧力に押されて給湯ダクト１を通って上昇する。

図１は、溶融金属のレベルが給湯ダクト１の最上端にある越流堰６よりｈ０だけ低い位置まで電磁ポンプによって押し上げられた状態を示している。誘導子１４の出力の保持により、溶融金属のレベルをこの高さに保ったとき、給湯ダクト１の流出口１０からは溶融金属が吐出されない状態にある。この状態から誘導子１４の出力を増大し、溶融金属の液位を越流堰６より高い位置まで押し上げると、溶融金属が越流堰６を越流し、給湯ダクト１の流出口１０から溶融金属が吐出される。その後誘導子１４の出力を元に戻し、溶融金属の液位を越流堰６より低い位置に戻し、その状態を保持すると、給湯ダクト１の流出口１０からの溶融金属の吐出が再び停止する。このようにして給湯ダクト１の流出口１０から溶融金属の吐出及びその停止を制御する。給湯ダクト１の流出口１０から溶融金属を供給する先は、例えば鋳造等のための鋳型や溶融金属メッキ等を行うメッキ浴槽等が一般的である。

図３は、図１と図２の実施例の構成を若干変えた別の実施例を示す縦断側面図である。この実施例では、外側ダクト３を溶融金属槽１１の底部に斜めに設け、これに伴いその外側に配置した誘導子１４及びその中に配置した内側の給湯ダクト１の流入口５側の端部を何れも外側ダクト３と同じ角度で斜めに設けている。給湯ダクト１の越流堰６に至る部分は、溶融金属槽１１を斜めに横切るように真っ直ぐ設けられている。その他の構成は基本的に図１と図２により前述した実施例と同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。これらの部分の説明は重複するので省略する。

図４は、やはり図１と図２の実施例の構成を若干変えた別に実施例を示す縦断側面図である。この実施例では、外側ダクト３を溶融金属槽１１の底部に縦に設け、これに伴いその外側に配置した誘導子１４及びその中に配置した内側の給湯ダクト１の流入口５側の端部を何れも外側ダクト３と同じく縦に設けている。その他の構成は基本的に図１と図２により前述した実施例と同じであり、同じ部分は同じ符合で示している。これらの部分の説明は重複するので省略する。なお、この図４には、給湯ダクト１の流出口１０から溶融金属を供給する先の例として鋳造のための鋳型ａを図示している。

図５は、図１や図４の実施例において、給湯ダクト１の流出口１０側の端部の構成を変えた実施例におけるその部分の縦断側面図である。
図５（ａ）は、給湯ダクト１の流出口１０側を曲げずに真っ直ぐ立て、その流出口１０を鋳型ａの下側に向けた鋳込口に直接接続し、給湯ダクト１の流出口１０から鋳型ａの鋳込口を通してその中のキャビティに直接溶融金属を鋳込む例である。

図５（ｂ）は、やはり給湯ダクト１の流出口１０側を曲げずに真っ直ぐ立て、その流出口１０から溶融金属を噴出させ、その溶融金属の噴流に線材等のメッキ物ｂを通して溶融金属メッキを施す例である。給湯ダクト１の流出口１０から噴出し、その外側に流れ出した溶融金属は、給湯ダクト１の外側に設けられた環流路１８を通して溶融金属槽の中の溶融金属１２に戻す。環流路１８の上端は、給湯ダクト１の流出口１０から外側に流れ出した溶融金属を受けやすいように、上端が漏斗状に広くなっている。

図６は、図５（ｂ）により前述した実施例と同様に、やはり給湯ダクト１の流出口１０側を曲げずに真っ直ぐ立て、その流出口１０から溶融金属を噴出させ、その噴出した溶融金属に線材等のメッキ物ｂを通して溶融金属メッキを施す例である。この例では、開口部を上向きにした外側ダクト３が溶融金属槽１１を兼ねており、給湯ダクト１の流出口１０から噴出し、その外側に流れ出した溶融金属は、給湯ダクト１の外側に設けられた外側ダクト３に直接流れ込んで外側ダクト３の中の溶融金属１２に戻るような循環路が形成される。外側ダクト３の上端は、給湯ダクト１の流出口１０から外側に流れ出した溶融金属を受けやすいように、上端が漏斗状に広くなっている。

図７は、給湯ダクト１の流出口１０を溶融金属槽１１の外に導出せず、溶融金属槽１１の中の溶融金属１２の中に配置している。これにより、給湯ダクト１の流出口１０から噴出される溶融金属は、溶融金属槽１１の中の溶融金属１２の中に吐出され、溶融金属槽１１の中の溶融金属１２が循環、攪拌される。この実施例では、給湯ダクト１の流出口１０から噴出される溶融金属の反力により給湯ダクト１が動かないように外周に突起を有するスペーサ１３を一定の角度間隔で数カ所設け、このスペーサ１３の突起を外側ダクト３に設けたスペーサ止め１７に嵌め込んで固定している。

図８は、給湯ダクト１と外側ダクト３を分解した斜視図である。給湯ダクト１を外側ダクト３の中に嵌め込んだとき、給湯ダクト１のスペーサ１３の突起を外側ダクト３に設けたスペーサ止め１７に嵌め込んで固定する。図示の例では、スペーサ１３は給湯ダクト１の外周に１２０゜間隔で３つ設けている。このスペーサ１３の数は特に限定されるものではない。また、図７では、給湯ダクト１、外側ダクト及び誘導子１４を横向きに設けているが、斜め向きや上向きに設けても差し支えない。

本発明では、誘導子１４に特殊な耐熱性コイルを必要とせず、ダクトの分解や組立が容易となり、小型化や保守、管理も含めた低コスト化を図った溶融金属用誘導電磁ポンプを提供することが出来る。このような溶融金属用誘導電磁ポンプは、鋳型への溶融金属の注湯のような鋳造の分野はもちろん、溶融金属メッキ等の分野で利用可能である。

本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例を示す縦断側面図である。 図１の外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの一実施例の要部拡大縦断側面図である。 本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの他の実施例を示す縦断側面図である。 本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの他の実施例を示す縦断側面図である。 本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの給湯ダクトの流出口付近の実施態様の例を示す部分縦断側面図である。 本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの他の実施例を示す縦断側面図である。 本発明による外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの他の実施例を示す縦断側面図である。 図１の外置型溶融金属用誘導電磁ポンプの外側ダクトと給湯ダクトを分解した状態の斜視図である。 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。 溶融金属用誘導電磁ポンプの他の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 給湯ダクト
２ コア
３ 外側ダクト
５ 給湯ダクトの流入口
１０ 給湯ダクトの流出口
１１ 溶融金属槽
１２ 溶融金属
１４ 誘導子
１８ 環流路

Claims (4)

1. 溶融金属を通す筒状の給湯ダクト（１）、外側ダクト（３）の外側に移動磁界を発生させる誘導子（１４）を設け、外側ダクト（３）の中に前記誘導子（１４）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誘導電磁ポンプにおいて、溶融金属（１２）を収納する溶融金属槽（１１）の壁体の一部又は全てを形成する一端が閉じた円筒形の外側ダクト（３）と、この外側ダクト（３）の中に流入口（５）側の端部が配置された円筒形の給湯ダクト（１）と、前記外側ダクト（３）の外にこれを囲むように設けられ、同外側ダクト（３）と給湯ダクト（１）との間に移動磁界を発生させる誘導子（１４）と、この誘導子（１４）の位置に対応して給湯ダクト（１）の前記流入口（５）側の端部に内蔵されたコア（３）とを有し、前記誘導子（１４）は、外側ダクト（３）と給湯ダクト（１）との間の溶融金属が給湯ダクト（１）の流入口（５）からその中に誘導する方向に移動磁界を発生することを特徴とする誘導子外置型溶融金属用誘導電磁ポンプ。
2. 誘導子（１４）は、溶融金属（１２）が溶融金属槽（１１）から外側ダクト（３）と給湯ダクト（１）との間を通り、反転して給湯ダクト（１）の流入口（５）からその中に誘導される方向に移動磁界を発生することを特徴とする請求項１に記載の誘導子外置型溶融金属用誘導電磁ポンプ。
3. 給湯ダクト（１）の流出口（１０）から吐出される溶融金属をその外側ダクト（３）と給湯ダクト（１）の間に戻して循環させる還流路（１８）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導子外置型溶融金属用誘導電磁ポンプ。
4. 給湯ダクト（１）の流出口（１０）から溶融金属槽（１１）内の溶融金属（１２）の中に溶融金属を吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導子外置型溶融金属用誘導電磁ポンプ。

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