JP2016101007A - 電磁ポンプ及び流量計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】環状流路を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制することを目的とする。
【解決手段】実施形態によれば、電磁ポンプ１０は、横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており導電性流体が流れる環状流路２０を画定する壁体である周壁２２と、当該周壁２２と隣り合って設けられており、当該環状流路２０を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路２０に磁界を形成するコイル部２４，２５とを有している。周壁２２の径方向外側を構成する外壁４０のうち外側コイル部２５より軸方向入口側には、導電性流体が環状流路２０に流入する開口である環状流路流入口４４が、形成されている。入口側配管５から吸入される導電性流体は、当該環状流路流入口４４を通って環状流路２０に流入する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、導電性流体を電磁力により輸送する電磁ポンプに関する。

液体金属等の導電性流体を輸送するポンプには、導電性流体が流れる流路に磁界を形成し、フレミングの左手の法則に従う電磁力を導電性流体に発生させる電磁ポンプがある。このような電磁ポンプには、導電性流体が流れる流路として、横断面が略環状をなしており且つ所定の方向に延びている流路（以下、環状流路と記す）が形成されたものがある。このような電磁ポンプは、環状流路に磁界を形成することにより、環状流路内の導電性流体に電磁力を発生させる。

特開平８−９８５０３号公報

このような電磁ポンプは、一般的に、導電性流体が流れる配管の間に設けられる。電磁ポンプが設置される場所によっては、例えば、当該電磁ポンプの導電性流体の入口側にある配管（以下、入口側配管と記す）に、エルボやベンドが形成されている場合がある。このような場合、入口側配管から電磁ポンプ内の環状流路に導電性流体が流入すると、環状流路を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることがある。このような偏りが生じた場合、当該偏りに起因して導電性流内において渦の発生及び消滅が繰り返し生じることがあり、電磁ポンプが吐出する導電性流体に流量変動が生じることがある。このため、所望の流量の導電性流体を電磁ポンプから安定的に吐出するためには、環状流路を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制する必要がある。

そこで、本発明の実施形態は、環状流路を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制可能な技術を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の電磁ポンプは、横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる環状流路を、画定する壁体である周壁と、当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部と、を備え、前記周壁のうち前記コイル部より軸方向入口側には、導電性流体が、前記環状流路に流入する開口である環状流路流入口が、形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の実施形態の電磁ポンプは、横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる前記環状流路を、画定する壁体である周壁と、当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部と、を備え、前記周壁のうち、前記コイル部より軸方向出口側には、導電性流体が前記環状流路から流出する開口である環状流路流出口が、形成されていることを特徴とする。

また、本発明の実施形態の流量計測システムは、横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる環状流路を、画定する壁体である周壁と、当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう力が作用するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部とを有する電磁ポンプにおいて、当該環状流路を流れる導電性流体の体積流量を計測する流量計測システムであって、前記周壁のうち環状流路の径方向外側を軸方向に延びている壁体である外壁に沿って、当該コイル部より軸方向入口側及び軸方向出口側の少なくとも一方において、周方向に配列されており、励磁電流を受けて環状流路に磁界を形成する電磁石と、当該磁界を導電性流体が横切ることにより発生する電圧を計測する電極とを有する複数の電磁流量計と、前記電磁石に流れる励磁電流を制御可能な励磁電流制御装置と、励磁電流に対応して設定された出力感度係数に基づいて、前記電極から出力された出力電圧を、導電性流体の体積流量に換算する体積流量換算装置と、を備え、励磁電流制御装置は、前記体積流量換算装置により換算された体積流量が大きくなるに従って、当該体積流量を計測した電磁流量計の励磁電力が大きくなるよう制御することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、環状流路を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制することができる。

第１の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第１の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。 図１のIII−III線による断面図である。 第２の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第２の実施形態の電磁ポンプを構成する内壁を径方向内側から見た外観図である。 第３の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第３の実施形態の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。 図７のVIII−VIII線による断面図である。 第４の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第４の実施形態の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。 図１０のXI−XI線による断面図である。 第５の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第５の実施形態の電磁ポンプにおいて環状流路から吐出口に至る導電性流体の流路を説明する透視図である。 第６の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第６の実施形態の流量計測システムの構成を示す模式図である。 第７の実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。 第７の実施形態の電磁ポンプにおける電磁流量計の配列と導電性流体の流速との関係を説明する図である。 比較例の電磁流量計の配列と導電性流体の流速との関係を説明する図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の電磁ポンプについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図２は、本実施形態の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。図３は、図１のIII−III線による断面図である。

第１の実施形態の電磁ポンプ１０は、入口側配管５と出口側配管７との間に介在して設けられており、電流と磁場との電磁相互作用により電磁力を発生させて導電性流体を輸送するポンプである。電磁ポンプ１０は、入口側配管５から吸入した導電性流体に電磁力を作用させて駆動して圧力を高めて、出口側配管７に吐出する。

なお、導電性流体には、例えば、液体金属ナトリウムが用いられ、電磁ポンプ１０は、原子炉（高速炉）等の冷却材としての液体金属ナトリウムの輸送に用いられる。また、本実施形態において、電磁ポンプ１０に接続されている入口側配管５は、電磁ポンプの吸入口１１に向けて９０度曲がったベンド管として構成されている。

電磁ポンプ１０は、横断面が略環状をなしており、導電性流体が流れる通路（以下、環状流路と記す）２０を有している。環状流路２０は、その中心軸線（図に一点鎖線Ａで示す）に沿う方向に所定の距離を以って延びており、略筒状をなしている。

なお、以下の説明において、環状流路２０が延びている方向を「軸方向」と記す。軸方向のうち入口側配管５が接続される側を、「軸方向入口側」と記して図に矢印Ａ１で示す。また、軸方向のうち軸方向入口側とは反対側を「軸方向出口側」と記して図に矢印Ａ２で示す。

電磁ポンプ１０は、横断面が略円周状をなしており、環状流路２０を画定する壁体（以下、周壁と記す）２２を有している。周壁２２は、環状流路２０の径方向内側を軸方向に延びている壁体（以下、単に「内壁」と記す）３０と、環状流路２０の径方向外側を軸方向に延びている壁体（以下、単に「外壁」と記す）４０とを有している。すなわち、環状流路２０は、内壁３０と外壁４０により画定された空間である。

また、電磁ポンプ１０は、環状流路２０を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成する部分（以下、コイル部と記す）２４，２５を有している。コイル部２４，２５は、環状流路に磁界を形成するための電磁石である界磁コイル（図示せず）と、磁性材料で構成されたコア（図示せず）を有している。

コイル部２４，２５は、周壁２２と隣り合って設けられている。本実施形態の電磁ポンプ１０は、内壁３０の径方向内側に設けられた内側コイル部２４と、外壁４０の径方向外側に設けられた外側コイル部２５とを有している。外壁４０と内壁３０との間に形成された環状流路２０は、外側コイル部２５と内側コイル部２４との間を軸方向に延びている。これらコイル部２４，２５により環状流路２０には、磁界が形成される。

本実施形態の電磁ポンプは、電磁誘導型（インダクション型）ポンプとして構成されており、コイル部２４，２５の電磁石に多相の交流電流を流すことにより、環状流路２０を含むコイル部２４，２５の周辺に、軸方向に移動する磁界、いわゆる移動磁場を形成する。環状流路２０内の導電性流体には、誘導電流が流れ、軸方向出口側に向かう電磁力が作用する。

これにより、入口側配管５から環状流路２０に吸入された導電性流体は、電磁力の作用により駆動されて出口側配管７に吐出される。電磁ポンプ１０のうち、導電性流体を出口側配管に吐出する開口を、以下に「吐出口」と記して符号１２を付す。なお、吐出口１２は、「出口ノズル」とも称される。

本実施形態の電磁ポンプ１０において、吐出口１２と環状流路２０との間には、吐出口１２及び環状流路２０に比べて流路断面積が大きくなるよう構成された空間（以下、出口側プレナムと記す）１４が形成されている。なお、本明細書において、「流路断面積」とは、導電性流体の流動方向に直交する横断面の面積を意味している。

本実施形態において、出口側プレナム１４は、環状流路２０の軸方向出口側に設けられており、内壁３０の軸方向出口側の端部の径方向外側を囲う略環状をなしている。出口側プレナム１４は、環状流路２０と同軸に設けられており、環状流路２０に比べて流路断面積が大きくなるよう構成されている。

吐出口１２は、出口側プレナム１４の径方向外側に配置されている。環状流路２０から軸方向出口側に流出した導電性流体は、出口側プレナム１４を通って径方向吐出側に流動し、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

なお、上述した中心軸線Ａ（図に一点鎖線Ａで示す）に対して、吐出口１２が配置される側を、特に「吐出側」と記し、吐出口１２が配置される側とは反対側を、特に「反対側」と記す。中心軸線Ａの径方向外側のうち吐出側すなわち径方向吐出側を図に矢印Ｒ１で示し、当該吐出側すなわち径方向反対側を図に矢印Ｒ２で示す。

また、本実施形態の電磁ポンプ１０において、外壁４０のうち軸方向入口側の端部の径方向外側には、当該端部を囲うよう環状をなしている領域（以下、入口側環状領域と記す）１６が形成されている。加えて、入口側環状領域１６の軸方向入口側には、軸方向を吸入口１１から入口側環状領域１６に向かうに従って内径が大きくなるよう構成された領域（以下、入口側拡大領域と記す）１８が形成されている。入口側環状領域１６と入口側拡大領域１８は、環状流路２０と同軸に設けられており、環状流路２０及び吸入口１１に比べて流路断面積が大きくなるよう構成されている。

また、本実施形態の電磁ポンプ１０において、外壁４０の軸方向入口側の端部には、入口側配管５からの導電性流体が、環状流路２０に流入する開口（以下、環状流路流入口と記す）４４が、形成されている。環状流路流入口４４は、外壁４０を径方向に貫通する貫通孔として構成されており、環状流路２０と入口側環状領域１６とを連通させている。本実施形態において、環状流路流入口４４は、図１及び図２に示すように、周壁２２のうち外壁４０の軸方向入口側の端部において、周方向に等しい間隔をあけて複数配列されている。

加えて、本実施形態の電磁ポンプ１０において、環状流路流入口４４より軸方向入口側の端４１には、径方向に広がっており、環状流路２０のうち軸方向入口側の端を閉じる部材（以下、閉じ部材と記す）５０が設けられている。本実施形態において、閉じ部材５０は、環状流路２０の中心軸線Ａを中心とする平らな円板状をなしており、内壁３０及び外壁４０と同軸に設けられている。加えて、閉じ部材５０は、外壁４０に比べて径方向外側に突出して設けられている。なお、閉じ部材５０のうち外壁４０より径方向外側に突出している部分を、以下に「突出部」と記して符号５２で示す。

以上のように構成された本実施形態の電磁ポンプ１０は、入口側配管５内にある導電性流体を吸入口１１が吸入する。入口側配管５から流入する導電性流体は、図１に矢印Ｆ１及び矢印Ｆ２で示すように流速に偏りが生じている。吸入口１１から入口側拡大領域１８に流入した導電性流体は、図１に矢印Ｆ３で示すように、閉じ部材５０により径方向外側に流動して、閉じ部材５０の突出部５２の径方向外側から入口側環状領域１６に流入する。入口側環状領域１６に流入した導電性流体は、図に矢印Ｆ４で示すように径方向内側に流動して、周壁２２のうち外壁４０に形成された環状流路流入口４４を通って、環状流路２０に流入する。

環状流路２０に流入した導電性流体には、コイル部２４，２５が環状流路２０に形成した磁界により電磁力が作用して軸方向出口側に流動し、図１に矢印Ｆ５で示すように出口側プレナム１４に流動する。出口側プレナム１４内の導電性流体は、図３に矢印Ｆ６で示すように、内壁３０の径方向外側を吐出口１２に向けて流動し、出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０においては、導電性流体が入口側配管５から環状流路２０に流入する経路に、外壁４０に形成した孔部である環状流路流入口４４を通る際に、導電性流体には流動抵抗が生じる。環状流路流入口４４は、周方向に所定の間隔で配列されているため、環状流路２０には、周方向において比較的均一な流量で環状流路２０に導電性流体を流入させることができる。これにより、環状流路２０を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制することができ、吐出口１２から吐出される導電性流体に流量変動が生じることを抑制することができる。

以上に説明したように本実施形態の電磁ポンプ１０は、横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており導電性流体が流れる環状流路２０を画定する壁体である周壁２２と、当該周壁２２と隣り合って設けられており、当該環状流路２０を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部２４，２５とを有している。外壁（周壁）４０のうち外側コイル部２５より軸方向入口側には、導電性流体が環状流路２０に流入する開口である環状流路流入口４４が、形成されている。入口側配管５から吸入される導電性流体は、当該環状流路流入口４４を通って環状流路２０に流入する。環状流路流入口４４を通る際に、導電性流体に比較的大きな流動抵抗を生じさせる。これにより、環状流路２０を流れる導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制することができる。

なお、本実施形態において、導電性流体が環状流路２０に流入する環状流路流入口４４は、周壁２２のうち環状流路２０の径方向外側を軸方向に延びている外壁４０に形成されているものとしたが、本発明に係る環状流路流入口は、この態様に限定されるものではない。本発明に係る環状流路流入口は、周壁２２のうちコイル部２４，２５より軸方向入口側に形成されていれば良い。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の電磁ポンプについて、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図５は、本実施形態の電磁ポンプを構成する内壁を径方向内側から見た外観図である。本実施形態において、環状流路流入口は、周壁のうち内壁に形成されている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｃにおいて、内壁３０Ｃは、入口側配管５と滑らかに連続して接続されている。当該内壁３０Ｃの径方向外側には、当該内壁３０Ｃと同軸に外壁４０Ｃが設けられており、内壁３０Ｃと外壁４０Ｃは、軸方向に延びている。周壁２２Ｃを構成する内壁３０Ｃと外壁４０Ｃとの間には、環状流路２０Ｃが形成されており、当該環状流路２０Ｃは、軸方向に延びている。

内壁３０Ｃの径方向内側には、入口側配管５からの導電性流体が内側コイル部２４に流入し導電性流体に浸漬しないようにするため、径方向に広がる円板状の部材（以下、円板状部材と記す）３５が結合されている。内壁３０Ｃの軸方向入口側の端部と当該円板状部材３５により、入口側配管５からの導電性流体を受ける円柱状の領域（以下、円柱状領域と記す）１９が画定されている。円柱状領域１９は、入口側配管５内に連通している。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｃにおいて、内壁３０Ｃの軸方向入口側の端部には、入口側配管５からの導電性流体が環状流路２０Ｃに流入する環状流路流入口３４が形成されている。環状流路流入口３４は、内壁３０Ｃを径方向に貫通する貫通孔として構成されており、内壁３０Ｃの径方向外側にある環状流路２０Ｃと、径方向内側にある円柱状領域１９すなわち入口側配管５内とを連通させている。環状流路流入口３４は、図４及び図５に示すように、周壁２２Ｃのうち内壁３０Ｃのうち軸方向入口側の端部において、周方向に等しい間隔をあけて複数配列されている。

以上のように構成された本実施形態の電磁ポンプ１０Ｃにおいては、第１の実施形態と同様に、入口側配管５から円柱状領域１９に向けて流動する導電性流体は、図４に矢印Ｆ１及び矢印Ｆ２で示すように流速に偏りが生じている。入口側配管５内にある導電性流体は、円柱状領域１９のうち環状流路流入口３４の近傍で向きを変えて、図４に矢印Ｆ７で示すように径方向外側に流動する。導電性流体は、周壁２２Ｃのうち内壁３０Ｃに形成された環状流路流入口３４を通って環状流路２０Ｃに流入する。

環状流路２０Ｃに流入した導電性流体には、コイル部２４，２５が環状流路２０Ｃに形成した磁界により電磁力が作用して図に矢印Ｆ８で示すように軸方向出口側に流動し、出口側プレナム１４に流出する。出口側プレナム１４内の導電性流体は、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｃにおいても、導電性流体が環状流路流入口３４を通る際に、導電性流体には流動抵抗が生じる。環状流路流入口３４は、周方向に等間隔で配列されているため、環状流路２０Ｃには、周方向において比較的均一な流量で環状流路２０Ｃに導電性流体が流入させることができる。この態様によっても、環状流路２０Ｃを流れる導電性流体の流れに周方向の偏りが生じることを抑制することができ、吐出口１２から吐出される導電性流体に流量変動が生じることを抑制することができる。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の電磁ポンプについて、図６〜図８を用いて説明する。図６は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図７は、本実施形態の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。図８は、図７のVIII−VIII線による断面図である。

本実施形態においては、周壁のうちコイル部より軸方向出口側には、導電性流体が前記環状流路から流出する開口である環状流路流出口が、形成されている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６及び図７に示すように、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｅは、環状流路２０Ｅを画定する周壁２２Ｅとして、径方向外側を構成する外壁４０Ｅと、径方向内側を構成する内壁３０Ｅとを有している。外壁４０Ｅと内壁３０Ｅは、同軸に設けられており、軸方向に延びている。

内壁３０Ｅの軸方向入口側の端からは、略球状をなしており軸方向入口側に突出する壁体（以下、入口側突出壁と記す）３６が設けられている。入口側配管５からの導電性流体は、入口側突出壁３６に沿って径方向外側に流れて環状流路２０Ｅに流入する。

本実施形態の外壁４０Ｅは、入口側突出壁３６より軸方向出口側において、内壁３０Ｅと対向して軸方向に延びている。本実施形態の出口側プレナム１４Ｅは、コイル部２４，２５より軸方向出口側において、外壁４０Ｅの径方向外側を囲う略環状をなしている。出口側プレナム１４Ｅは、環状流路２０Ｅと同軸に設けられており、環状流路２０Ｅに比べて流路断面積が大きくなるよう構成されている。

外壁４０Ｅのうち、コイル部２４，２５より軸方向出口側には、導電性流体が環状流路２０Ｅから流出する開口（以下、環状流路流出口と記す）４６が複数形成されている。各環状流路流出口４６は、外壁４０Ｅを径方向に貫通する貫通孔として構成されており、環状流路２０Ｅと出口側プレナム１４Ｅとを連通させている。出口側プレナム１４Ｅの導電性流体は、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｅにおいては、環状流路流出口４６が外壁４０Ｅの径方向のうち、吐出口１２側とは反対側に複数配置されている。一方、外壁４０Ｅの径方向吐出側（図に矢印Ｒ１で示す）には、環状流路流出口４６は配置されていない。

以上のように構成された電磁ポンプ１０Ｅにおいて、入口側配管５から環状流路２０Ｅに流入した導電性流体は、コイル部２４，２５が環状流路２０Ｅに形成した磁界により電磁力が作用して、図に矢印Ｆ９で示すように軸方向出口側に流動する。環状流路２０Ｅの軸方向出口側において、図に矢印Ｆ１０で示すように、導電性流体は、径方向反対側にある環状流路流出口４６を通って出口側プレナム１４Ｅに流出する。出口側プレナム１４Ｅ内の導電性流体は、外壁４０Ｅの径方向外側を吐出口１２に向けて流動し、矢印Ｆ１２で示すように、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｅにおいては、導電性流体が、複数の環状流路流出口４６を通る際に、導電性流体には流動抵抗が生じる。環状流路２０Ｅにおける導電性流体の流速に周方向の偏りが生じることを抑制すると共に、吐出口１２から吐出される導電性流体の流量変動を抑制することができる。

また、本実施形態において、環状流路流出口４６は、外壁４０Ｅのうち径方向において吐出口１２とは反対側に設けられているものとしたので、環状流路流出口４６から出口側プレナム１４Ｅに流入した導電性流体は、出口側プレナム１４Ｅ内を外壁４０Ｅに沿って吐出口１２に向けて流動する。環状流路流出口４６から吐出口１２までの導電性流体の流動経路を、環状流路流出口４６が径方向吐出側に設けられた場合に比べて、長くすることができる。導電性流体が出口側プレナム１４Ｅ内を流れる流動経路を比較的長くすることにより、吐出口１２から吐出される導電性流体に流量変動が生じることを抑制することができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の電磁ポンプについて、図９〜図１１を用いて説明する。図９は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図１０は、第４の実施形態の電磁ポンプを構成する外壁を径方向外側から見た外観図である。図１１は、図１０のXI−XI線による断面図である。なお、第３の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｇは、環状流路２０Ｅを画定する周壁２２Ｇとして、径方向内側を構成する内壁３０Ｅと、径方向外側を構成する外壁４０Ｇとを有している。本実施形態の外壁４０Ｇのうちコイル部２４，２５より軸方向出口側には、導電性流体が環状流路２０Ｅから流出する環状流路流出口４７が設けられている。環状流路流出口４７は、外壁４０Ｇを径方向に貫通する貫通孔として構成されており、環状流路２０Ｅと出口側プレナム１４Ｅとを連通させている。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｇにおいて、環状流路流出口４７は、図１１に示すように、外壁４０Ｇの周方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。加えて、環状流路流出口４７は、外壁４０Ｇの周方向を、吐出口１２側からその反対側すなわち径方向反対側（図に矢印Ｒ２で示す）に向かうに従って、その開口面積が大きくなるよう構成されている。換言すれば、外壁４０Ｇは、その表面のうち環状流路流出口４７が占める割合である開口率が、周方向を吐出口１２側からその反対側に向かうに従って大きくなるように構成されている。

以上のように構成された電磁ポンプ１０Ｇにおいて、環状流路２０Ｅ内の導電性流体は、図９に矢印Ｆ１０で示すように、周方向に複数配列された環状流路流出口４７を通って出口側プレナム１４Ｅに流出する。出口側プレナム１４Ｅ内の導電性流体は、外壁４０Ｇの径方向外側を吐出口１２に向けて流動し、矢印Ｆ１２で示すように吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｇにおいては、導電性流体が、複数の環状流路流出口４７を通る際に、導電性流体には、流動抵抗が生じる。環状流路２０Ｅにおいて導電性流体の流れに偏りや流量変動が生じても、環状流路流出口４７を通る際、導電性流体に流動抵抗を生じさせることにより、吐出口１２から吐出される導電性流体に流量変動が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態において、環状流路流出口４７は、図１０に示すように、外壁４０Ｇの周方向を吐出口１２とは反対側に向かうに従って、開口面積が大きくなるよう構成されているものとした。この態様によっても、導電性流体が出口側プレナム１４Ｅ内を流れる流動経路を比較的長いものにすることができる。吐出口１２から吐出する導電性流体の流量が比較的高い場合に適している。

なお、本実施形態においては、複数の環状流路流出口４７の個々の開口率が異なるものとして説明したが、このような構成に限られない。例えば、環状流路流出口４７の個々の開口率は同じとし、Ｒ２に向かうに従って軸方向に並ぶ環状流路流出口４７の数が増える構成や、Ｒ２側に向かうほど軸方向の開口長さが増大する単一の開口であってもよい。

〔第５の実施形態〕
第５の実施形態の電磁ポンプについて、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図１３は、本実施形態の電磁ポンプにおいて環状流路から吐出口に至る導電性流体の流路を説明する透視図である。なお、第３の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｈは、環状流路２０Ｈを画定する周壁２２Ｈとして、径方向内側を構成する内壁３０Ｈと、径方向外側を構成する外壁４０Ｈとを有している。環状流路２０Ｈの軸方向出口側には、環状流路２０Ｈ及び吐出口１２に比べて流路断面積が大きくなるよう構成された出口側プレナム１４Ｈが形成されている。

なお、出口側プレナム１４Ｈを画定する壁体のうち、軸方向入口側を構成する壁体を「プレナム底壁」と記して符号５５を付す。一方、軸方向において当該プレナム底壁５５と対向しており、軸方向出口側を構成する壁体を「プレナム頂壁」と記して符号５７を付す。また、プレナム底壁５５とプレナム頂壁５７との間を軸方向に延びている筒状の壁体を「プレナム内壁」と記して符号５９を付す。

周壁２２Ｈは、出口側プレナム１４Ｈ内を、プレナム底壁５５から軸方向出口側に突出して延びている。出口側プレナム１４Ｈは、軸方向に軸心が延びる略円柱状をなしており、且つ軸方向入口側に凹みを有する形状をなしている。

周壁２２Ｈの軸方向出口側の端には、出口側プレナム１４Ｈ内を径方向に広がる壁体（以下、径方向壁と記す）６０が設けられている。本実施形態において、径方向壁６０は、外壁４０Ｈの軸方向出口側の端から径方向内側に広がっている。径方向壁６０は、軸方向においてプレナム底壁５５及びプレナム頂壁５７との間に位置している。すなわち、本実施形態の構成では、環状流路２０Ｈの終端が出口側プレナム１４Ｈの軸方向半ばにある。

図１２に示すように、外壁４０Ｈのうちコイル部２４，２５より軸方向出口側には、導電性流体が環状流路２０Ｈから流出する開口である環状流路流出口４８が設けられている。環状流路流出口４８は、出口側プレナム１４Ｈを画定する壁体のうち軸方向入口側を構成するプレナム底壁５５と、径方向壁６０との間に形成されている。本実施形態において、環状流路流出口４８は、径方向壁６０の径方向反対側の縁６０ｅ、プレナム底壁５５、外壁４０Ｈの径方向反対側の縁４０ｅにより囲まれて構成されている。なお、当該環状流路流出口４８を介して、環状流路２０Ｈと出口側プレナム１４Ｈは、連通している。

以上のように構成された電磁ポンプ１０Ｈにおいて、入口側配管５から環状流路２０Ｈに流入した導電性流体は、図１２に矢印Ｆ９で示すように軸方向出口側に流動する。そして、導電性流体は、環状流路２０Ｈのうちプレナム底壁５５より軸方向出口側において、図１３に矢印Ｆ１４で示すように、径方向壁６０より軸方向入口側であって内壁３０Ｈと外壁４０Ｈとの間を反対側に流動し、図１２に矢印Ｆ１５で示すように、環状流路流出口４８を通って、出口側プレナム１４Ｈに流出する。

出口側プレナム１４Ｈのうち反対側にある導電性流体は、図１３に矢印Ｆ１６で示すように、プレナム内壁５９に沿って軸方向出口側に流動する。そして、導電性流体は、図１２の矢印Ｆ１７及び図１３の矢印Ｆ１８に示すように、径方向壁６０とプレナム頂壁５７との間を径方向吐出側に流動し、矢印Ｆ１２で示すように、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

本実施形態の電磁ポンプ１０Ｈにおいても、環状流路流出口４８から吐出口１２までの導電性流体の流動経路を、環状流路流出口４８が径方向吐出側に設けられた場合に比べて、長くすることができる。また、環状流路２０Ｈを移動した導電性流体が、吐出口１２の反対側を向いた環状流路流出口４８で合流してから出口側プレナム１４Ｈを経由して吐出口１２へ到達するので、流量の偏りが抑制される。以上により、吐出口１２から吐出される導電性流体に流量変動が生じることを抑制することができる。

〔第６の実施形態〕
第６の実施形態の電磁ポンプと流量計測システムについて、図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図１５は、本実施形態の流量計測システムの構成を示す模式図である。なお、第１の実施形態及び第３の実施形態と略共通の構成については、同一ないし対応する符号を付して説明を省略する。

電磁ポンプ１０Ｊは、環状流路２０Ｊを流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう、当該環状流路２０Ｊに磁界を形成するコイル部２４，２５を有している。環状流路２０Ｊに流入した導電性流体には、コイル部２４，２５が環状流路２０Ｊに形成した磁界により電磁力が作用して図に矢印Ｆ８で示すように軸方向出口側に流動し、出口側プレナム１４に流出する。出口側プレナム１４内の導電性流体は、吐出口１２から出口側配管７に吐出される。

環状流路２０Ｊの近傍には、環状流路２０Ｊを流れる導電性流体の体積流量（流速）を計測するための電磁流量計７０が設けられている。電磁流量計７０は、環状流路２０Ｊを画定する周壁２２Ｊに隣接して設けられており、本実施形態においては、外壁４０Ｊに隣接して外側コイル部２５より軸方向入口側と軸方向出口側に、それぞれ、電磁流量計７０が設けられている。

電磁流量計７０は、それぞれ、励磁電流を受けて環状流路２０Ｊに磁界を形成する電磁石（図示せず）を有している。電磁石は、外壁４０Ｊと直交する向き（すなわち中心軸線Ａと直交する向き）の磁界を、環状流路２０Ｊに形成する。加えて、電磁流量計７０は、電磁石により形成された磁界を導電性流体が横切ることにより発生する電圧（起電力）を計測する一対の電極（図示せず）を有している。電磁流量計７０は、導電性流体が環状流路２０Ｊを軸方向出口側に流動すると、その流速に応じた起電力（電圧）が誘起されて、電極により当該電圧が計測される。

また、電磁流量計７０は、図１５に示すように、当該外壁４０Ｊに沿って周方向に所定の間隔（本実施形態においては等間隔）をあけて配列されている。

本実施形態の流量計測システム１は、電磁流量計７０の電磁石に流れる励磁電流を制御する装置（以下、励磁電流制御装置と記す）８０を有している。励磁電流制御装置８０と各電磁流量計７０の電磁石は、図１５に実線で示すように励磁電流伝送線８２により電気的に接続されている。励磁電流制御装置８０は、励磁電流伝送線８２を介して、各電磁流量計７０に励磁電流を供給する。各電磁流量計７０に供給される励磁電流は、それぞれ別個に励磁電流制御装置８０により制御される。

また、流量計測システム１は、電磁流量計７０の電極から出力される電圧（以下、単に出力電圧と記す）を、当該環状流路２０Ｊを流れる導電性流体の時間あたりの体積流量（以下、単に「体積流量」と記す）に換算する装置（以下、体積流量換算装置と記す）８６を有している。体積流量換算装置８６と、各電磁流量計７０の電極は、図１５に破線で示すように出力電圧伝送線８４により電気的に接続されている。体積流量換算装置８６は、出力電圧伝送線８４を介して、各電磁流量計７０から出力された出力電圧を受ける。各電磁流量計７０から受けた出力電圧は、それぞれ別個に、体積流量換算装置８６により体積流量に換算される。

体積流量換算装置８６と、励磁電流制御装置８０は、図１５に二点鎖線で示すように信号伝送線８８を介して接続されている。励磁電流制御装置８０は、体積流量換算装置８６により換算された体積流量が大きくなるに従って当該体積流量を計測した電磁流量計７０の電磁石に流れる励磁電流が大きくなるよう制御する。

本実施形態の流量計測システム１において、体積流量換算装置８６は、複数の電磁流量計７０のうち、相対的に大きい体積流量を計測した電磁流量計７０については、励磁電流を大きくする指令信号を励磁電流制御装置８０に送る。励磁電流制御装置８０は、当該信号に従って、当該電磁流量計７０の電磁石を流れる励磁電流を、他の電磁流量計に比べて相対的に大きくなるよう制御する。

環状流路２０Ｊのうち励磁電流が比較的大きい電磁流量計７０の近傍においては、他の電磁流量計７０の近傍に比べて強い磁界が形成されて、導電性流体に軸方向入口側に作用する電磁力、すなわち導電性流体に作用する流動抵抗が大きくなる。これにより、励磁電流が比較的大きい電磁流量計７０の近傍においては、導電性流体の体積流量が減少する。

一方、体積流量換算装置８６は、複数の電磁流量計７０のうち、相対的に小さい体積流量を計測した電磁流量計７０については、励磁電流を小さくする指令信号を励磁電流制御装置８０に送る。励磁電流制御装置８０は、当該信号に従って、当該電磁流量計７０の電磁石を流れる励磁電流を、他の電磁流量計に比べて相対的に小さくなるよう制御する。

励磁電流が比較的小さい電磁流量計７０の近傍においては、他の電磁流量計７０の近傍に比べて弱い磁界が形成されて、導電性流体に軸方向入口側に作用する電磁力すなわち導電性流体に作用する流動抵抗が小さくなり、導電性流体の体積流量が増加する。このように、体積流量が大きい位置では電磁流量計７０の励磁電流が大きくなるよう制御することで、環状流路２０Ｊの周方向において、体積流量すなわち流速の偏りを抑制することができる。

なお、本実施形態において、電磁流量計７０は、外壁４０Ｊ側の外側コイル部２５より軸方向入口側と、当該外側コイル部２５より軸方向出口側の双方において、外壁４０Ｊの周方向に複数配列されているものとしたが、複数の電磁流量計７０の配列は、この態様に限定されるものではない。外側コイル部２５の軸方向入口側と軸方向出口側のうち少なくとも一方において周方向に複数配列されていれば良い。また、内側コイル部２４の軸方向入口側及び軸方向出口側のうち少なくとも一方において、複数の電磁流量計７０を周方向に配列することも可能である。

〔第７の実施形態〕
第７の実施形態の電磁ポンプと流量計測システムについて、図１５〜図１８を用いて説明する。図１６は、本実施形態の電磁ポンプの縦断面図である。図１７は、本実施形態の電磁ポンプにおける電磁流量計の配列と導電性流体の流速との関係を説明する図である。図１８は、比較例の電磁流量計の配列と導電性流体の流速との関係を説明する図である。なお、図１７及び図１８において、導電性流体の流速は、破線により示されており、破線が環状流路の径方向外側に位置するに従って流速が大きいことを示している、本実施形態の電磁ポンプは、複数の電磁流量計の配列の態様のみが、第６の実施形態と異なっている。なお、第６の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｋは、環状流路２０Ｊの近傍には、環状流路２０Ｊを流れる導電性流体の流量（流速）を計測する複数の電磁流量計７０，７２を有している。複数の電磁流量計７０，７２は、周方向に所定の間隔をあけて配列されている第１群の電磁流量計７０と、第１群の電磁流量計７０と軸方向に隣り合って設けられており且つ周方向に所定の間隔をあけて配列されている第２群の電磁流量計７２とを含んでいる。第２群の電磁流量計７２と、第１群の電磁流量計７０は、同じ間隔で周方向に配列されている。

第１群の電磁流量計７０と第２群の電磁流量計７２は、それぞれ、環状流路２０Ｊに沿って外壁４０Ｊの径方向外側に配置されている。本実施形態において、第１群の電磁流量計７０と第２群の電磁流量計７２は、図１６に示すように、外側コイル部２５の軸方向入口側と軸方向出口側との双方に、それぞれ配置されている。

第１群の電磁流量計７０は、中心軸線Ａに直交する同一平面（二点鎖線Ｐ１で示す）上に配列されている。第２群の電磁流量計７２は、第１群の電磁流量計７０が配列されている平面Ｐ１から軸方向に所定の間隔をあけた中心軸線Ａに直交する平面（二点鎖線Ｐ２で示す）上に配列されている。

図１７に示すように、第１群の電磁流量計７０は、環状流路２０Ｊに沿って周方向に所定の間隔（等間隔）をあけて配列されている。第２群の電磁流量計７２は、第１群の電磁流量計７０と同じ間隔をあけて周方向に配列されている。第２群の電磁流量計７２は、第１群の電磁流量計７０に対して、所定の角度（図１７に寸法Ｄで示す）、周方向の位置をずらして配列されている。すなわち、第２群の電磁流量計７２は、周方向において、隣り合う第１群の電磁流量計７０同士の間に配置されている。

各電磁流量計７２は、上述した電磁流量計７０と同様に、電磁石に流れる励磁電流が、励磁電流制御装置８０により制御される（図１５参照）。各電磁流量計７２の電極が出力した出力電圧は、体積流量換算装置８６により体積流量に換算される。換算された体積流量が大きくなるに従って、励磁電流制御装置８０は、当該体積流量を計測した電磁流量計７２の励磁電力が大きくなるよう制御する。

図１８に示す比較例のように、第２群の電磁流量計７２が設けられていない場合、第１群の電磁流量計７０の近傍を流れる導電性流体には、当該電磁流量計７０の電磁石が形成する磁界により電磁力が作用して流動抵抗が比較的大きくなる。環状流路２０Ｊのうち、第１群の電磁流量計７０の近傍においては、導電性流体の流速が低下し、周方向において隣り合う電磁流量計７０同士の間においては、比較的導電性流体の流速が高くなる。このように、周方向において環状流路２０Ｊを流れる導電性流体の流速に偏りが生じる。

一方、本実施形態においては、図１７に示すように、周方向において隣り合う第１群の電磁流量計７０の間には、第１群の電磁流量計７０と軸方向に隣り合い、且つ第１群の電磁流量計７０に対して周方向の位置をずらして配置された第２群の電磁流量計７２が設けられている。環状流路２０Ｊのうち第２群の電磁流量計７２の近傍においても流動抵抗が大きくなり流速が低下して、周方向における流速の偏りが抑制される。

なお、本実施形態の電磁ポンプ１０Ｋにおいて、第１群の電磁流量計７０及び第２群の電磁流量計７２は、外側コイル部２５の軸方向入口側と軸方向出口側との双方に設けられているものとしたが、本発明に係る第１群の電磁流量計７０及び第２群の電磁流量計７２の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、外側コイル部２５の軸方向入口側と軸方向出口側のいずれか一方に設けられているものとしても良い。

〔他の実施形態〕
なお、上述した各実施形態において、電磁ポンプ１０〜１０Ｋは、曲がっている入口側配管５から吸入した導電性流体を、電磁力により圧送して出口側配管７に吐出するものとしたが、本発明に係る電磁ポンプの周辺構成は、この態様に限定されるものではない。環状流路において導電性流体に流速の偏りが生じる虞があるものであれば、本発明を適用する。

上述した第１〜第５の実施形態の電磁ポンプ１０，１０Ｃ，１０Ｅ，１０Ｇ，１０Ｈに、第６又は第７の実施形態の計測システムを適用することも好適である。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 流量計測システム
５ 入口側配管
７ 出口側配管
１０，１０Ｃ，１０Ｅ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｊ，１０Ｋ 電磁ポンプ
１１ 吸入口
１２ 吐出口
１４，１４Ｅ，１４Ｈ 出口側プレナム
１６ 入口側環状領域
１８ 入口側拡大領域
１９ 円柱状領域
２０，２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｈ，２０Ｊ 環状流路
２２，２２Ｃ，２２Ｅ，２２Ｇ，２２Ｈ，２２Ｊ 周壁
２４ 内側コイル部（コイル部）
２５ 外側コイル部（コイル部）
３０，３０Ｃ，３０Ｅ，３０Ｈ 内壁（周壁）
３４ 環状流路流入口
３５ 円板状部材
３６ 入口側突出壁
４０，４０Ｃ，４０Ｅ，４０Ｇ，４０Ｈ，４０Ｊ 外壁（周壁）
４０ｅ 縁
４１ 端
４４ 環状流路流入口
４６，４７，４８ 環状流路流出口
５０ 閉じ部材
５２ 突出部
５５ プレナム底壁
５７ プレナム頂壁
５９ プレナム内壁
６０ 径方向壁
６０ｅ 縁
７０，７２ 電磁流量計
８０ 励磁電流制御装置
８２ 励磁電流伝送線
８４ 出力電圧伝送線
８６ 体積流量換算装置
８８ 信号伝送線

Claims (12)

1. 横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる環状流路を、画定する壁体である周壁と、
   当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部と、
   を備え、
   前記周壁のうち前記コイル部より軸方向入口側には、導電性流体が前記環状流路に流入する開口である環状流路流入口が、形成されている
   ことを特徴とする電磁ポンプ。
2. 前記環状流路流入口は、前記周壁のうち前記環状流路の径方向外側を軸方向に延びている壁体である外壁に形成されており、
   当該外壁のうち前記環状流路流入口より軸方向入口側の端には、径方向に広がっており且つ前記環状流路のうち軸方向入口側の端を閉じる閉じ部材が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁ポンプ。
3. 前記閉じ部材は、前記外壁より径方向外側に突出して延びている突出部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電磁ポンプ。
4. 前記環状流路流入口は、前記周壁のうち前記環状流路の径方向内側を軸方向に延びている壁体である内壁に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁ポンプ。
5. 横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる環状流路を、画定する壁体である周壁と、
   当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう電磁力が発生するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部と、
   を備え、
   前記周壁のうち、前記コイル部より軸方向出口側には、導電性流体が前記環状流路から流出する開口である環状流路流出口が、形成されている
   ことを特徴とする電磁ポンプ。
6. 前記環状流路流出口は、前記周壁のうち前記環状流路の径方向外側を軸方向に延びている壁体である外壁に形成されており、
   当該外壁より径方向外側には、出口側配管に導電性流体を吐出する開口である吐出口と、当該吐出口より導電性流体の流動方向の上流側に設けられて当該吐出口に比べて流路断面積が大きく構成された空間である出口側プレナムが、形成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の電磁ポンプ。
7. 前記環状流路流出口は、径方向のうち前記吐出口とは反対側に設けられている
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電磁ポンプ。
8. 前記外壁は、その表面のうち前記環状流路流出口が占める割合である開口率が、周方向を前記吐出口側からその反対側に向かうに従って大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電磁ポンプ。
9. 前記環状流路流出口は、前記外壁の周方向を前記吐出口とは反対側に向かうに従って、開口面積が大きくなるよう構成されている
   ことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の電磁ポンプ。
10. 前記出口側プレナムは、軸方向に軸心が延びる略円柱状をなしており、
    前記周壁の軸方向出口側の端には、当該出口側プレナム内を径方向に広がる径方向壁が設けられており、
    前記環状流路流出口は、前記出口側プレナムを画定する壁体のうち軸方向入口側を構成するプレナム底壁と、前記径方向壁との間に形成されている
    ことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載の電磁ポンプ。
11. 横断面が略環状をなしており且つ軸方向に延びており、導電性流体が流れる環状流路を、画定する壁体である周壁と、当該周壁と隣り合って設けられており、当該環状流路を流れる導電性流体に軸方向出口側に向かう力が作用するよう当該環状流路に磁界を形成するコイル部とを有する電磁ポンプにおいて、当該環状流路を流れる導電性流体の体積流量を計測する流量計測システムであって、
    前記周壁のうち環状流路の径方向外側を軸方向に延びている壁体である外壁に沿って、当該コイル部より軸方向入口側及び軸方向出口側の少なくとも一方において、周方向に配列されており、励磁電流を受けて環状流路に磁界を形成する電磁石と、当該磁界を導電性流体が横切ることにより発生する電圧を計測する電極とを有する複数の電磁流量計と、
    前記電磁石に流れる励磁電流を制御可能な励磁電流制御装置と、
    励磁電流に対応して設定された出力感度係数に基づいて、前記電極から出力された出力電圧を、導電性流体の体積流量に換算する体積流量換算装置と、
    を備え、
    励磁電流制御装置は、前記体積流量換算装置により換算された体積流量が大きくなるに従って、当該体積流量を計測した電磁流量計の励磁電力が大きくなるよう制御する
    ことを特徴とする流量計測システム。
12. 前記複数の電磁流量計は、
    周方向に所定の間隔をあけて配列されている第１群の電磁流量計と、
    第１群の電磁流量計と軸方向に隣り合って設けられた第２群の電磁流量計と、
    を含み、
    前記第１群の電磁流量計のそれぞれと前記第２群の電磁流量計のそれぞれの位置が前記周方向で異なっている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の流量計測システム。

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