JPS6130954A - 環状流路型電磁フロ−カツプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電磁ポンプに関し、更に詳細には一次流体を遠
隔で流動することＫよって、二次流体にボングカを得る
ことのできる電磁フローカップラに係る。

〔発明の背景〕

液体金属ナトリウムのような導電性流体を駆動する手段
として用いられる電磁ポンプは周知なように、互に交差
した電流と磁界との相互作用（フレツミンクの左手の法
則による推力の発生）Ｋよりボンプカを導電性流体に与
える。一般には、均一磁場内圧存在する導電性流体圧電
流を磁界に直交する方向から給電することによってボン
グカを得る電磁ポンプが成立する。

一方、均一な磁場内に存在する導電性流体を、外力によ
って流動させると磁界、および導電性流体の移動方向に
それぞれ直交する方向に電圧を発生する。いわゆる電磁
気ゼネレータである電磁流量計が成立する。

この電磁ポンプ、および、電磁流量計の２つの電磁機能
を結合したものが電磁フローカップラの概念である。第
４図にその原理図を示す。

矩型のダクト４１１−２つの別々の導電性流体が流れる
ように仕切り板４２を設け、−次ダクト４３と二次ダク
ト４４を形成する。−次ダクト４３へは駆動流体４５を
また、二次ダクトへは被駆動流体４６が流動する。さら
に、矩型ダクト４１の周囲は良電導体の電極４７で囲み
、−次ダクト４３および二次ダクト４４を電流回路で構
成する。矩型ダクト４１の側面に磁石４９を設け、駆動
流体４５、および、被駆動流体４６に共通の磁界４８を
与える。

駆動流体４５を外力により一次ダクト４３内を流動させ
ると、フレラミングの右手の法則（発電機）に従って駆
動流体４５の内部に磁界４８と流動方向とＫそれぞれ直
交する方向に電流５０が誘起する。誘起した電流５０は
矩型ダクト４１の外周に設けた電極４７を通り二次ダク
ト４４内に存在する被駆動流体４６に給電される。給電
を受けた被駆動流体４６には、フレラミングの左手の法
則（電動機）に従って磁界４８と給電方向とにそれぞれ
直交する方向にポンプ力が発生する。共通の磁界４８の
方向と、電流５０の方向では駆動流体４５と被駆動流体
４６のそれぞれの流れ方向は第４図に示す白抜き大矢印
のように互に逆向きの流れになる。

このような原理に基づいた具体的な電磁フローカップラ
として、第５図に示す特開昭５９−１０１６３号記載の
電磁フローカップラがある。

従来の装置は、ダクトの機械的強度と液体金属のリーク
を防ぐために５ＵＳ３１６のようなステンレス鋼の外側
ダクト５１を備え、銅のような導電性の内側ダクト５２
は電極として外側ダクト５１の内側に設けである。さら
に電極部途中からの漏電を防ぐため、電極側面にはアル
ミナプレートの絶縁物５３を設けである。内側ダクト５
２のほぼ中央には、導電性隔離グレー）５４ｔ−両側面
の絶縁体５３に垂直に配置され、２つの隣接する別々の
流路、つまり、第１０流路５５と第２の流路５６を形成
する。

第１流路５５および第２流路５６内の接液面は、絶縁体
５３および内側ダクト５２部の防蝕のため薄いＢＵＳ板
で内張り５７ｔ−施しである。

以上の内側ダクト５２、絶縁体５３、および内張り５７
等の構成要素は、ボルト、ナツト、リブ等から成る取付
は機構５８で固定されている。

矢印５９で示される磁界の下において、たとえば、第１
流路５５ｔ−介して外部のポンプ（図示せず）の作用で
流れる液体金属、たとえばナトリウムは、流れの方向ベ
クトルと磁束ベクトルとで形成される面に相互に直角な
方向の電流を発生する。

したがって第１流路５５は直流発電機となり、電流が矢
印６０で示すようにその頂部境界から流れ出しその底部
境界を介して戻る。流路側壁は絶縁体５３で殆んど絶縁
されているので発生した電流は第２の流路５６を通って
流れる。第２の流路５６内の流体には電流の方向ベクト
ルと磁束ベクトルとに相互に垂直な方向に力が生じポン
プ力となり、第２の流路５６内のナトリウム液を流動さ
せる。これは直流電磁ポンプである。直流電磁ポンプは
長年にわたりうまく使用されて来たが大型になると、ポ
ンプ駆動源となる数ボルト数千アンペアの低電圧大電流
給電設備として、大容量の単極発電機、さらに電磁ポン
プまで送電する大型のブスバーが必要であり、設備的な
制限から大型の直流電磁ポンプを液体金属プラントに適
用することは困難であった。

電磁フローカップラは発電機部分と電磁ポンプ部分を直
結したもので従来の直流電磁ポンプの問題を解決する手
段であった。

典型的な、直流電磁ポンプは矩凰のダクトの対向する側
壁と同一面に２つの電極を設け、かつ残りの２つの壁を
磁極面の間に配置させることによって構成され、電極へ
外部より低電圧大電流を給電してポンプ力を得るが、最
もポンプ効率を増加するためには、電極から給電される
大電流の全てがダクト内の流体を通過し、しかも、その
電流の方向が磁束ベクトルと、ポンプ力の発生方向ベク
トルとが互に直角関係に一致することが望しい。

しかしながら、実際の直流ポンプでは導電性ダクト壁を
漏洩して流れる電流損失、あるいは、工作精度からくる
直角関係の狂い等により無効電流が増加し、それにより
効率が低下し、１０チないし４０チになることもある。

特開昭５９−１０１６３号記載の従来の電磁フローカッ
プラは上記した直流電磁ポンプの欠点を考慮してフロー
カップラの構造にしたものであるが、第５図に示したよ
うに、ゼネレータ部分で発生した低電圧大電流をポング
部分の駆動電流として給電するためにはダク）ｔ−囲む
ように設けたブスバー電極が必要である。さらに、ポン
プ力に有効な直角成分の電流を多く得るため、また、ダ
クト壁を通して電極部途中への漏電を防ぐためダクト両
壁面に絶縁物が必要である。以上の構成で原理的には電
磁フローカップラとして成立するが、流体がす）　ＩＪ
ウム等の場合は絶縁物あるいはブスバーリングの接点部
分での防蝕対策が必要である。

そこで第５図に示す従来技術ではダクト内面に８ＵＳ板
の内張りを施している。

以上述べ喪ように従来型の電磁７ａ−カッグラの構成は
原理構造に対して合理的であるが各要素の取付は冶具等
を含み複雑な構造になっている。

また、性能面では、低電圧大電流回路において、内張り
とブスバーリングとの接点部分で接触電気抵抗が増大す
る構造になっている。さらに、ポング動力として寄与し
ない電極部分の短絡電流のＩ”Ｒ損失については配慮さ
れていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は誘起電流回路の全てがポンプ駆動力とし
て有効に寄与する電磁フローカップラを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、誘起電流の全てがポンプ駆動力として有効に
するために、電流回路が導電性流体内だけに発生し、し
かも磁場に対して直角方向である必要条件を成立させる
ために、流路形状を環状にし、さらに、その環状の外周
と中心との間に均一な磁場を発生するように磁石を設け
たこと１に特徴とする環状流路槃電磁フローカップラで
ある。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明の実施例による構造を具体的に示したも
のである。円管状の外側ダクト１１の中央部に同じく円
管状の内側ダクト１２を設けである。このダクトは液体
金属と直接接触するため耐食性の良好なＳＵＳ材の鋼管
で作るとよい。外側ダクトＩＩＫ内側ダクト１２を配置
することＫよって内外側両ダクト１１．１２間に環状流
路が形成される。環状流路のほぼ中央部分圧仕切り板１
３を設け、２つの別々の導電性流体が流れる第１の流路
１４と、第２０流路１５を形成する。仕切り板１３の材
料も円管ダクト１１および１２と同質のＳＵＳ鋼板で作
るとよい。仕切り板１３は２つ別々の流路１４と１５を
確保する外に内側ダクト１２を外側ダクト１１の中央部
に支持する支持機能も有する。仕切り板１３と円管ダク
ト１１および１２との接合部分は一般の電気溶接法で接
合するとよい。

外側ダクト１１の外周に円筒状の外側磁石１６を配置す
る。磁石１６Ｆｉ軸方向に（Ｎ）および（Ｓ）の極性を
有する構造とする。内側ダクト１２の内部には、磁性材
の棒状の鉄心１７を挿入する。

以上のように構成された本実施例の電磁フローカップラ
を液体金属プラントの配管の途中部に接続し、たとえば
、第１流路１４部分に外力による駆動流体１８を導入す
ることによって第２流路１５部分に存在する別の流体は
駆動流体１８の流れに対向流と々る方向に流動する被駆
動流体１９と女る。詳しくは、第２図、および、第３図
を用いて説明する。

第２図は径方向の断面構造を示したもので、外側ダクト
１１と内側ダクト１２とで環状の流路型状を形成してい
る。さらに、環状流路が仕切り板１３で第１０流路１４
と第２０流路１５とに分割されている。外側ダクト１１
０円筒状の磁石１６と内側ダクト１２の内部に鉄心１７
を設けることＫよって環状流路全周にわたって磁石１６
から鉄心１７との間に磁束２０が発生する。今、第２図
面において、表わされた磁石１６の極性を（Ｎ）と仮定
して記述すると磁束２０は矢印のように、磁石１６から
鉄心１７の方へ向って発生する。また、第３図は軸方向
の断面構造を示したもので、外側磁石１６の極性を第３
図面に向って左側を（Ｎ）とすれば、磁束２０の方向は
左側では磁石１６から鉄心１７の方へ向って、また右側
では鉄心１７から磁石１６の方へ向う矢印の方向に発生
する。したがって、全体的磁気回路としては、磁石１６
から発生した磁束２０は環状流路を半径方向に通って、
中心鉄心１７部を軸方向に通過した後、再び反対側の環
状流路を逆方向に通って磁石１６に戻る磁気ループを構
成する。

環状流路の第１流路１４の部分に外力によって駆動流体
１８を導入すると流体１８内に前述の磁束と直角方向に
電流を誘起する。磁束が放射状に分布している関係から
局所的起電流の直角成分は環状流路の接線方向圧発生す
るが全周の合成電流は第２図に示す円弧を描き環状流型
状と同軸のループ電流２１となる。軸方向に極性を有す
る磁石１６を設けであるため、半径方向の磁束は均一で
あるが軸方向では両端部で互に極性の異る最大極東密度
を呈し、中央では零になる。したがって、ループ電流も
両端の磁極部分で互に逆方向に発生する。環状流路の一
部に設けた第２の流路１５内に存在する導電性流体に上
述のループ電流２１が給電されると給電を受けた導電性
流体は前述の磁束２０との相互作用によし垂直な力が生
ずる。軸方向では両端部で磁界２０とループ電流２１の
方向が互に逆方向であるがフレミングの左手の法則に従
って発生する力の方向は同一方向となる。また、発生す
る力の大きさは両端部で最大になり、中央に行くほどし
だいに低下し、ちょうど中心部では零になるが、軸方向
全域に発生する力の力積で被駆動流体１９が流れる。こ
の工うＫして、環状流路量電磁フローカップラは第１の
液体金属の流れが別個の流路の第２の液体金属をポンプ
移送することを可能圧する手段を与える。

本発明の一実施例によれば、環状流路盤状にすることに
よって、ゼネレータ部分で発生する大電流が全て流体内
を循環するためポンプ駆動電流として全て有効になり、
さらに特別な電極構造を必要としない等の効果がある。

以下に説明するものは、先の実施例の一部分を変形した
例である。

第６図は、磁石構造部分の変形例を示すもので第１図〜
第３図に示した実施例と異なるところは内側ダクト１２
の内側に棒状の磁石１６１−設け、外側ダクト１１の周
囲に円筒状の磁性材鉄心１７を設けたものである。本変
形例でも先の実施例で記述した磁気回路、電流回路と同
じ特性が得られ、先の実施例と同じ効果が発揮できる。

第７図は、環状流路部分の変形例を示すもので第１図〜
第３図に示した実施例と異なるところは仕切り板１３ａ
を追設して環状流路をさらに分割し、２系統の第１の流
路１４，１４ａと２系統の第２０流路１５，１５８を設
けたもので、ゼネレータ部分を分散し平担な出力密度が
得られる。

本発明による電磁フローカップラの使用例としては第８
図に示すような使い方ができる。たとえば、ナトリウム
液を熱媒体とするような伝熱ループにおいて、−次系ル
ープ８１の加熱器８２の熱を二次系ループ８３側に熱交
換器８４を介して伝熱し二次系ループの被加熱体８５を
加熱する場合−次系ループ８１と二次系ループ８３の内
二次系ループ８３１に電磁フローカップラ８６の第１の
流路に、他を第２の流路に連通ずると、二次系ループの
ポンプ８７を駆動することによって二次系ループの流れ
８８が電磁フローカップラ８６を作動し、−次系ループ
の流れ８９を得ることができる。

したがって、このようなループ体系に電磁フローカップ
ラーを使用することＫよって、メンテナンスの困難な一
次系ポンプを省略し、遠隔にて一次系流体の流動を得る
ことができる。

以下、実施例、変形例においては磁石構造について永久
磁石を使用することで記述して来たが、当然ながら磁石
部に励磁型電磁石な用いても本発明の効果に何ら影響は
ない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、環状流路型状にすることによって、ゼ
ネレータ部で発生する大電流が環状流路と同軸のループ
電流となるため発生した大電流を極めて効率良くポンプ
駆動電流に利用できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による電磁フローカップラの断
面表示による斜視図、第２図は第１図に示した電磁フロ
ーカップラの半径方向断面図、第３図は第２図の縦断面
図、第４図は従来の電磁フローカップラの基本構造を一
部断面表示にて示した斜視図、第５図は他の従来の電磁
フローカップラの具体的ダクト断面図、第６図は本発明
の変形例によるａ気回路の軸方向縦断面図、第７図は本
、発明の変形例によるダクト部の半径方向縦断面図、第
８甲は本発明の電磁フローカップラの一利用例を示した
流路系統図である。 １１・・・外側タクト、１２・・・内側ダクト、１３゜
４２．５４・・・仕切り板、１４，４３．５５・・・第
１の流路、１５，４４．５６・・・第２の流路、１６・
・・外側磁石、１７・・・鉄心、１８・・・駆動流体、
１９・・・被駆動流体、２０，４８．５９・・・磁束、
２１゜５０．６０・・・誘起電流、５１・・・ダクト、
４７゜５２・・・電極、４１．５７・・・内張り板、５
３・・・絶縁板、５８・・・取付は機構、８１・・・−
次系ループ、８２・・・加熱器、８３・・・二次系ルー
プ、８４・・・熱交換器、８５・・・被加熱体、８６・
・・電磁フローカップラ、８７・・・二次系ポンプ、８
８・・・二次系流れ、ソ　ｔｒｓ 鴻　２ｆｉＪ ／を 某　３ｎ ソｂｌ’Ｂ ／’／ ′ｆ：Ｊ７（ｆＥＪ ８２」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、区切られた複数の導電性流体の流路と、これらの流
   路を横切る磁束を生じるように配置した磁界発生装置と
   を備えた電磁フローカップラにおいて、前記流路を断面
   環状の流路を導電性の構造物で区切つて構成し、前記断
   面環状の流路の前記環状の中心部分と前記環状の外周囲
   部との間に前記磁束を生じる配置で前記磁界発生装置を
   備えたことを特徴とした環状流路量電磁フローカップラ
   。 ２、特許請求の範囲の第１項において、前記導電性の構
   造物は環状の半径方向へ延びた導電性材質による仕切板
   であることを特徴とした環状流路型電磁フローカップラ
   。 ３、特許請求の範囲の第１項において、前記磁界発生装
   置は、環状の中心部分と外周囲部とのいずれか一方に設
   置した鉄心と他方に設置した磁石とから成ることを特徴
   とした環状流路型電磁フローカップラ。 ４、特許請求の範囲の第３項において、前記導電性流体
   の流通方向に間隔を有して磁石のＮ極端とＳ極端を配置
   したことを特徴とした環状流路型電磁フローカップラ。