JPS62160066A - Annular magnetic field type electromagnetic fluid apparatus - Google Patents

Annular magnetic field type electromagnetic fluid apparatus

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JPS62160066A
JPS62160066A JP62586A JP62586A JPS62160066A JP S62160066 A JPS62160066 A JP S62160066A JP 62586 A JP62586 A JP 62586A JP 62586 A JP62586 A JP 62586A JP S62160066 A JPS62160066 A JP S62160066A
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吾朗 青山
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山川 正剛
Takashi Ikeda
孝志 池田
Tadashi Goto
忠 後藤
Kazu Kitazawa
北沢 計
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Abstract

PURPOSE:To simplify the structure and to enhance the efficiency of an annular magnetic field type electromagnetic fluid apparatus by forming a closed loop-like magnetic field in a conductive fluid, and employing the closed magnetic field as an external magnetic field generator of an electrode fluid apparatus. CONSTITUTION:A toroidal coil 24 is bundled at upper and lower ends of annular passage. The outside for connecting the annular passage of the inside for connecting with a generator side header 36 with a generator side passage 3 and a pump side header 35 is used as a pump side passage 2. An external magnetic field 20 exists circumferentially in the passages 2, 3 by the coil 24. Conductive fluid in the passage 2 undergoes a downward force to flow, and the conductive fluid in the passage 3 an upward force to flow.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体金属等の導電性流体を駆動する電磁ポン
プや電磁フローカプラ等の電磁流体機器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to electromagnetic fluid equipment such as electromagnetic pumps and electromagnetic flow couplers that drive conductive fluids such as fluid metals.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電磁フローカプラは、平行磁界中にこれと垂直に二つの
隣接する流路を配置し、一方の流路に強制的に液体ナト
リウム等の導電性流体を流して電流を発生させる。すな
わち発電機として機能させる。他方の流路はこの誘起電
流と磁界により導電性流体を駆動させポンプとして機能
する。以下の説明では、前者を発電機側流路、後者をポ
ンプ側流路と呼ぶことにする。
In an electromagnetic flow coupler, two adjacent channels are arranged perpendicularly to a parallel magnetic field, and a conductive fluid such as liquid sodium is forced to flow through one of the channels to generate an electric current. In other words, it functions as a generator. The other channel functions as a pump by driving the conductive fluid using this induced current and magnetic field. In the following description, the former will be referred to as a generator-side flow path, and the latter will be referred to as a pump-side flow path.

従来の装置は、特開昭59−10163号に記載のよう
に(第3図参照)、矩形ダクトの中央部を良導体の隔壁
1によって上下2つの部分に分割し、上部をポンプ側流
路2、下部を発電機側流路3として使用する。流路を左
右からはさみ込むように磁石4.5が配置され、流路内
に平行磁界が作られる。
In the conventional device, as described in JP-A-59-10163 (see Fig. 3), the central part of a rectangular duct is divided into upper and lower parts by a partition wall 1 made of a good conductor, and the upper part is connected to a pump side flow path 2. , the lower part is used as the generator side flow path 3. Magnets 4.5 are arranged so as to sandwich the flow channel from the left and right sides, and a parallel magnetic field is created within the flow channel.

流路の外周は電極6を用いて電気的に短終されており、
発電機側流路3で発生した電流(駆動電流)は、ポンプ
側流路を貫通した後外部回路を通って発電機側流路3へ
戻される。上下両流路弁側面に駆動電流の漏洩を防ぐた
め、絶縁材7が内張すされる。
The outer periphery of the flow path is electrically shortened using an electrode 6,
The current (driving current) generated in the generator side flow path 3 passes through the pump side flow path and then returns to the generator side flow path 3 through an external circuit. An insulating material 7 is lined on the sides of both the upper and lower flow path valves to prevent leakage of drive current.

この矩形流路型電磁フローカプラの動作原理を、第3図
及び第4図を用いて説明する。第3図中の発電機側流路
3の導電性流体を、紙面に垂直で裏から表へ向かう方向
に、外力により強制的に流動させる。このように、磁界
と垂直に導体を運動させると、フレミング右手の法則に
より導体中に起電力が誘起され、電流が発生する。電流
の向きは、第4図に示すように、磁界及び運動の方向の
両者に直角である。第3図に示すフローカプラの場合に
は、図の下から上へ向かう向きである。このようにして
発電機側流路3で生み出された電流は、中央の隔壁1を
通してポンプ側流路2へと流れこむ。ポンプ側流路2で
は、磁界中を電流が流れることとなり、ポンプ力が発生
する。この現象は、フレミング左手の法則として知られ
ている。力の向きは、第4図に示すように、磁界と電流
の両者;1)−直角な方向である。第3図においては、
紙面に珈直で、表から裏へ向かう向きである。この力に
よって流体が駆動される6即ち、ピストンや羽根車等の
機械的駆動機構を使用しなくても、一方から流体を流し
てやるだけで他方の流体を駆動できる。
The operating principle of this rectangular channel type electromagnetic flow coupler will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. The conductive fluid in the generator-side flow path 3 in FIG. 3 is forced to flow in a direction perpendicular to the page from the back to the front by an external force. In this way, when a conductor is moved perpendicular to the magnetic field, an electromotive force is induced in the conductor according to Fleming's right-hand rule, and a current is generated. The direction of the current is perpendicular to both the magnetic field and the direction of motion, as shown in FIG. In the case of the flow coupler shown in FIG. 3, the direction is from the bottom of the figure to the top. The current generated in the generator-side flow path 3 in this manner flows into the pump-side flow path 2 through the central partition wall 1. In the pump-side flow path 2, a current flows in a magnetic field, and a pumping force is generated. This phenomenon is known as Fleming's left hand rule. The direction of the force is perpendicular to both the magnetic field and the current; 1) as shown in FIG. In Figure 3,
The paper is oriented directly from the front to the back. The fluid is driven by this force6, that is, by simply flowing fluid from one side, the other fluid can be driven without using a mechanical drive mechanism such as a piston or impeller.

上記のような特徴を持つ電磁フローカプラを、第5図に
示すタンク型高速増殖炉に利用することを考える。第5
図に示すように、タンク型高速炉では、原子炉炉心8で
発生した熱は、ポンプ10で駆動する液体ナトリウムに
より中間熱交換器9に輸送される。発生熱は同熱交換器
9で二次系のナトリウムに輸送される。二次系のナトリ
ウムはポンプ11で駆動され蒸気発生器12に流入し、
蒸気発生器12の水側との間で熱交換する。蒸気発生器
12で発生した蒸気はタービンへ流入し発電機を作動さ
せる。第6図に示すように、−次系ポンプ10のかわり
に、電磁フローカプラ13をタンク内に設置し、二次系
のナトリウム(導電性流体)を駆動源として利用するこ
とができる。電磁フローカプラは前述のように羽根車等
の可動部がなく保守性が優れており、タンク型高速炉の
信頼性・安全性を向上できる。
Consider using an electromagnetic flow coupler having the above-mentioned characteristics in a tank-type fast breeder reactor shown in FIG. Fifth
As shown in the figure, in a tank-type fast reactor, heat generated in a reactor core 8 is transported to an intermediate heat exchanger 9 by liquid sodium driven by a pump 10. The generated heat is transported to the secondary sodium system by the same heat exchanger 9. The sodium in the secondary system is driven by a pump 11 and flows into a steam generator 12.
Heat is exchanged with the water side of the steam generator 12. Steam generated by the steam generator 12 flows into the turbine and operates the generator. As shown in FIG. 6, an electromagnetic flow coupler 13 can be installed in the tank instead of the secondary pump 10, and sodium (conductive fluid) in the secondary system can be used as a driving source. As mentioned above, electromagnetic flow couplers have no moving parts such as impellers and are easy to maintain, and can improve the reliability and safety of tank-type fast reactors.

上記矩形型と異なるタイプの従来の装置として、文献ヌ
ークルエネルギー(Nucl Energy)、198
1.Vol。
As a conventional device of a type different from the above-mentioned rectangular type, the document Nucl Energy, 198
1. Vol.

20、 Feb、、Not p79−p90のように、
環状のダクトを利用するものがある。このフローカプラ
の場合には、第7図に示すように、良導体の隔壁1によ
り、ダクトが円周方向に2分割される。第7図中の上部
流路をポンプ側流路2とし、下部を発電機側流路3とす
る。磁極の配置も矩形型とは全く異なっている。この場
合には、径方向(放射状)の磁界を作るため、流路の中
心と外周とに磁石4,5を設ける。第7図には、流路の
内側から外側に向かう場合が示しである。この環状流路
型フローカプラの動作原理を説明する。発電機側流路3
の駆動流体を、第7図の紙面に垂直に、裏から表へ向か
う向きに外力により流動させる。磁界は放射状ではある
が流体の運動の方向とは直角である。従って流路の各点
で円周上接線方向の起電力が生じる(フレミング右手の
法則)、電流も同様に円周上接線方向を向くため、流路
上の全ての点でつなげば反時計回りのループ状となる。
20, Feb,, Not p79-p90,
Some use circular ducts. In the case of this flow coupler, as shown in FIG. 7, the duct is divided into two in the circumferential direction by a partition wall 1 made of a good conductor. The upper channel in FIG. 7 is defined as the pump-side channel 2, and the lower channel is defined as the generator-side channel 3. The arrangement of magnetic poles is also completely different from the rectangular type. In this case, magnets 4 and 5 are provided at the center and outer periphery of the flow path in order to create a radial magnetic field. FIG. 7 shows the case from the inside to the outside of the flow path. The operating principle of this annular channel type flow coupler will be explained. Generator side flow path 3
The driving fluid is caused to flow perpendicularly to the paper plane of FIG. 7 in a direction from the back to the front by an external force. The magnetic field is radial but perpendicular to the direction of fluid motion. Therefore, an electromotive force is generated in the tangential direction on the circumference at each point on the flow path (Fleming's right-hand rule), and the current also points in the tangential direction on the circumference, so if all points on the flow path are connected, the electromotive force will be generated in the counterclockwise direction. It becomes a loop.

この電流はポンプ側流路2へ隔壁1を通して流れ込む。This current flows into the pump-side flow path 2 through the partition wall 1.

電流がループ状のままであれば、やはり電流と磁界が直
交するので、駆動力が発生し、流体が駆動される(フレ
ミング左手の法則)。力の方向は第7図中において紙面
に垂直で、表から裏へ向かう向きである。原理は以上の
通りであるが、実際にはポンプ側では電流をループに保
つ要因は何もない。従って流路を第7図のような2分割
ではなく、第8図に示すようトこもつと細かく分割する
ことによってループ電流になるようにしている。
If the current remains in a loop, the current and magnetic field are perpendicular to each other, so a driving force is generated and the fluid is driven (Fleming's left-hand rule). The direction of the force is perpendicular to the plane of the paper in FIG. 7, and is from the front to the back. Although the principle is as described above, there is actually no factor on the pump side to keep the current in the loop. Therefore, the flow path is not divided into two parts as shown in FIG. 7, but is divided into several parts as shown in FIG. 8 to create a loop current.

さらにもう一つ別のタイプの装置が考案されている。こ
れは特願昭54−130723号に記載のように。
Yet another type of device has been devised. This is as described in Japanese Patent Application No. 54-130723.

扇状永久磁石を用いたものである。この装置の構造を第
9図及び第10図に示す。第9図に示されるように、一
つの大きな円管14の中に、扇状磁石15と扇状流路1
6とが交互に配置される構造となっている。扇状流路の
内部には、径の小さな円管17が互いに接するように並
べられ、その両端には電極]8が取り付けられている。
It uses fan-shaped permanent magnets. The structure of this device is shown in FIGS. 9 and 10. As shown in FIG. 9, a fan-shaped magnet 15 and a fan-shaped flow path 1 are placed in one large circular tube
6 are arranged alternately. Inside the fan-shaped flow path, circular tubes 17 with small diameters are arranged so as to be in contact with each other, and electrodes] 8 are attached to both ends of the circular tubes 17.

この装置の場合には、小さな円管17の内部がポンプ側
流路に当り、残りの部分が発電機側流路となっている。
In the case of this device, the inside of the small circular tube 17 corresponds to the pump-side flow path, and the remaining portion serves as the generator-side flow path.

この扇状流路型電磁フローカプラの動作原理を第10図
により説明する。扇状流路16(発電機側)内の駆動流
体を、紙面に垂直に裏から表へ向かう向きに流動させる
。磁界は流路内ではほとんど平行であり、流体の運動方
向とは直交する。従ってフレミング右手の法則に従って
外向きの起電力が誘起され、電流が外へ向かって流れる
。外側の電極へ電流が達すると、今度は管17の並びで
できたポンプ側流路を、電流は内側を向いて流れる。こ
れにより、フレミング左手の法則に従って円管17内の
流体に駆動力が発生する。
The operating principle of this fan-shaped flow path type electromagnetic flow coupler will be explained with reference to FIG. The driving fluid in the fan-shaped flow path 16 (on the generator side) is caused to flow from the back to the front perpendicular to the plane of the paper. The magnetic field is nearly parallel within the flow path and perpendicular to the direction of fluid motion. Therefore, an outward electromotive force is induced according to Fleming's right-hand rule, and current flows outward. When the current reaches the outer electrode, the current flows inward through the pump-side channel formed by the array of tubes 17. As a result, a driving force is generated in the fluid within the circular tube 17 according to Fleming's left-hand rule.

力の向きは紙面に垂直で、裏から表へ向かう向きである
。即ち、発電機側流体とポンプ側流体は同じ向きに流れ
ることになる。
The direction of the force is perpendicular to the plane of the paper, from the back to the front. That is, the generator side fluid and the pump side fluid flow in the same direction.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

高速増殖炉の開発において、現在、その建設コストの低
減が緊急の課題となっており、タンク型高速炉ではタン
クの小型化が必要である。このため、ポンプ機能のみな
らず熱交換機能をあわせもつ電極フローカプラをタンク
内に設ける案が有望視されている。
In the development of fast breeder reactors, reducing construction costs is currently an urgent issue, and tank-type fast reactors require smaller tanks. For this reason, a promising idea is to provide an electrode flow coupler inside the tank that has not only a pump function but also a heat exchange function.

タンク内の原子炉炉心まわりに電磁フローカプラを設置
することを考えると、矩形流路型電磁フローカプラの場
合、第11図に示すように、カプラ単体13を複数個設
置する必要がある。このため第12図に示す環状の流路
で構成される電磁フローカプラ13の場合と比べて、同
じ流路面積を確保するためには、タンクが大きくなる欠
点がある。
When considering installing an electromagnetic flow coupler around the reactor core in a tank, in the case of a rectangular channel type electromagnetic flow coupler, it is necessary to install a plurality of coupler units 13 as shown in FIG. 11. Therefore, compared to the case of the electromagnetic flow coupler 13 configured with an annular flow path shown in FIG. 12, there is a drawback that the tank is larger in order to secure the same flow path area.

電磁フローカプラの効率を低下させる原因の一つに漏洩
磁束のブレーキ効果がある。第13図に示すように電磁
フローカプラ13の外側まで磁界が存在する場合を考え
る6第13図は矩形型電磁フローカプラのポンプ側流路
2を磁界に平行で、駆動電流に垂直な面で切った断面図
を示す。電磁フローカプラ13外側の漏洩磁束部分では
駆動電流が流れないため、この部分で流体には駆動力が
働かない。導電性流体は電磁フローカプラ13内で駆動
力を受けて流動するため、出入口の漏洩磁束領域はフレ
ミングの右手の法則により発電機として機能し、流体に
は流れと逆向きの力、すなわちブレーキ力が働くことに
なる。次に、第14図に示すように外部磁界が電磁フロ
ーカプラ13の両端で理想的に零に出来た場合を考える
。実際上は必ず漏洩磁束が存在する。第14図は、駆動
電流に平行で、磁界に垂直な面で切った断面図を示す。
One of the causes of reducing the efficiency of electromagnetic flow couplers is the braking effect of leakage magnetic flux. Consider the case where a magnetic field exists to the outside of the electromagnetic flow coupler 13 as shown in Fig. 136 Fig. 13 shows the pump side flow path 2 of a rectangular electromagnetic flow coupler in a plane parallel to the magnetic field and perpendicular to the drive current. A cut sectional view is shown. Since no driving current flows in the leakage magnetic flux portion outside the electromagnetic flow coupler 13, no driving force acts on the fluid in this portion. Since the conductive fluid flows under the driving force within the electromagnetic flow coupler 13, the leakage magnetic flux area at the entrance and exit functions as a generator according to Fleming's right-hand rule, and the fluid has a force in the opposite direction to the flow, that is, a braking force. will be working. Next, consider a case where the external magnetic field is ideally reduced to zero at both ends of the electromagnetic flow coupler 13, as shown in FIG. In reality, leakage magnetic flux always exists. FIG. 14 shows a cross-sectional view taken in a plane parallel to the drive current and perpendicular to the magnetic field.

前述のように発電機側流路3中の導電性流体内にはフレ
ミング右手の法則により起電力が生じている。一方、ポ
ンプ側流路2内の流体には、左手の法則から駆動力が生
じているが、この駆動力による流れは直交する外部磁界
と相互作用して右手の法則により逆起電力を生じること
になる。実際には、ポンプ側の起電力と、発電機側の逆
起電力及び駆動電流の流体中でのオーム損(1!流×抵
抗)の和がつりあっている。この逆起電力は見方を変え
れば電気抵抗として作用しており、カプラ両端では磁界
が存在せずこの逆起電力がなく、ポンプ側からの駆動電
流はこの部分を流れることになる0発電機側流路2両端
のこのバイパス電流は、磁界が存在しないため流体の駆
動には寄与せず損失となる。
As described above, an electromotive force is generated in the conductive fluid in the generator side flow path 3 according to Fleming's right-hand rule. On the other hand, a driving force is generated in the fluid in the pump side flow path 2 according to the left-hand rule, but the flow due to this driving force interacts with an orthogonal external magnetic field and generates a back electromotive force according to the right-hand rule. become. In reality, the electromotive force on the pump side, the back electromotive force on the generator side, and the sum of the ohmic loss (1! current x resistance) in the fluid of the drive current are balanced. If you look at it from another perspective, this back electromotive force acts as electrical resistance, and there is no magnetic field at both ends of the coupler, so there is no back electromotive force, and the drive current from the pump side flows through this part. This bypass current at both ends of the flow path 2 does not contribute to driving the fluid and becomes a loss because there is no magnetic field.

以上のように、電磁フローカプラの効率を上げるために
は両端での磁束密度の減衰を、上述のブレーキ効果及び
電流バイパス効果(あわせて終端効果という)を相殺す
るように工夫することが不可欠である。電磁フローカプ
ラを製作する上で、磁石形状あるいはその構成を調節し
て漏洩磁束分布の最適化を図ることはきわめて困難な技
術の一つである。一方、電磁フローカプラの駆動流量及
び駆動圧力(ポンプヘッド)を上げるためには流路方向
に一様な磁場を長くとる必要がある。したがって、電磁
フローカプラの性能を上げるためには、終端効果を減ら
し、多段ではなく一段の磁石で流れ方向に長く磁界をか
け続ける必要がある。
As described above, in order to increase the efficiency of an electromagnetic flow coupler, it is essential to devise a way to attenuate the magnetic flux density at both ends to offset the above-mentioned braking effect and current bypass effect (together referred to as the termination effect). be. When manufacturing electromagnetic flow couplers, it is one of the extremely difficult techniques to optimize the leakage magnetic flux distribution by adjusting the magnet shape or its configuration. On the other hand, in order to increase the driving flow rate and driving pressure (pump head) of the electromagnetic flow coupler, it is necessary to have a long uniform magnetic field in the direction of the flow path. Therefore, in order to improve the performance of an electromagnetic flow coupler, it is necessary to reduce the termination effect and to continue applying a magnetic field in the flow direction for a long time using a single stage of magnets instead of multiple stages.

第2番目の従来例として述べた環状流路型電磁フローカ
プラの磁石(永久磁石、電磁ともに)は。
The magnets (both permanent magnets and electromagnetic) of the annular channel type electromagnetic flow coupler described as the second conventional example are as follows.

第15図に示す配置で環状流路に径方向の磁界をかけて
いる。同図から判るように、磁石4,5と強磁性体22
で磁気回路を構成して、ポンプ側流路2及び発電機側流
路3に径方向の磁界をつくる。
A radial magnetic field is applied to the annular flow path in the arrangement shown in FIG. As can be seen from the figure, the magnets 4 and 5 and the ferromagnetic material 22
A magnetic circuit is constructed by forming a radial magnetic field in the pump-side flow path 2 and the generator-side flow path 3.

このため、N極4側では径方向内向きの、S極5側では
外向きの磁界となる。したがって、駆動電流21はA−
A’断面(第16図参照)で反時計回りに、B−B’断
面(第17図参照)で時計回りに流れる。このため、環
状型では磁石構成上(N極とS極を離す)のみならず、
発生する駆動電流を独立させるためにN極とS極を離す
必要があり、それぞれの磁極の両端で終端効果を補正す
る必要がある。また、環状型では流れ方向の磁界の作用
する長さをかせぐためには、第18図に示すように多段
型の磁石構成をとらざるをえず、各段で終端効果の補正
が必要となる。
Therefore, the magnetic field is directed inward in the radial direction on the N pole 4 side and outward in the S pole 5 side. Therefore, the drive current 21 is A-
It flows counterclockwise at the A' cross section (see Figure 16) and clockwise at the B-B' cross section (see Figure 17). For this reason, in the annular type, not only the magnetic structure (separating the N and S poles), but also the
In order to make the generated drive currents independent, it is necessary to separate the north and south poles, and it is necessary to correct the termination effect at both ends of each magnetic pole. Furthermore, in order to increase the length over which the magnetic field acts in the flow direction in the annular type, a multi-stage magnet configuration is required as shown in FIG. 18, and it is necessary to correct the terminal effect at each stage.

第3の従来例は環状型の構造であり、炉心まわりのコン
パクトな配置が可能である。しかし、磁石を流路内に配
置するため、導電性流体の流路面積が限定されること、
及び構造が複雑であることが大きな問題点と予想される
The third conventional example has an annular structure, which allows compact arrangement around the core. However, since the magnet is placed inside the flow path, the flow path area of the conductive fluid is limited;
The major problems are expected to be that the structure is complicated.

本発明の目的は、簡単な構造であって且つ効率の良い電
磁流体機器を提供することにあり、特にタンク型高速炉
の小型化に寄与しうる環状構造で、しかも簡単な構造の
ものを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a magnetic fluidic device with a simple structure and high efficiency, and in particular, to provide a simple structure with an annular structure that can contribute to downsizing of tank-type fast reactors. It's about doing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点は、ソレノイドコイルあるいはトロイダルコ
イル等により、導電性流体中で閉ループ状の磁界をつく
り、この閉じる磁界を電極流体機器の外部磁界発生装置
として採用することにより解決できる。例えば、第3図
、第19図及び第20図に示すように、矩形流路型電磁
フローカプラの流路を磁界20の方向にのばし、環状型
にすることを考える。磁界20は第20図に示すように
円状に閉じた磁界が必要となる。円状に閉じた磁界は第
21図または第22図及び第23図に示すトロイダルコ
イルあるいはソレノイドコイル等により実現できる。
The above problem can be solved by creating a closed-loop magnetic field in a conductive fluid using a solenoid coil or toroidal coil, and employing this closed magnetic field as an external magnetic field generator for an electrode-fluid device. For example, consider extending the flow path of a rectangular flow path type electromagnetic flow coupler in the direction of the magnetic field 20 to form an annular shape, as shown in FIGS. 3, 19, and 20. The magnetic field 20 needs to be a circularly closed magnetic field as shown in FIG. A circularly closed magnetic field can be realized by a toroidal coil or a solenoid coil as shown in FIG. 21, FIG. 22, and FIG. 23.

〔作用〕[Effect]

第24図は円型流21の生じる磁界2oを示す。 FIG. 24 shows the magnetic field 2o generated by the circular flow 21.

円型流21をたばねたソレノイドコイルは第25図に示
すように、コイル内に直線上の磁界を生じる6したがっ
て、第26図に示すように、ソレノイドコイルをあらた
めて円周上に配置すれば、閉じた磁界20をつくること
ができる。ソレノイドコイルの代りに、連続したトロイ
ダルコイルを用いても閉じた磁界をつくることができる
。さらに、第26図の円状電流を上下方向に楕円状に作
ることを考えれば、閉じた磁界20は軸方向に必要な長
さを容易に確保できることが判る。
As shown in FIG. 25, the solenoid coil that has a circular flow 21 generates a linear magnetic field within the coil.6 Therefore, if the solenoid coils are arranged on the circumference as shown in FIG. A closed magnetic field 20 can be created. Instead of a solenoid coil, a continuous toroidal coil can also be used to create a closed magnetic field. Furthermore, if we consider that the circular current shown in FIG. 26 is created in an elliptical shape in the vertical direction, it will be understood that the closed magnetic field 20 can easily secure the necessary length in the axial direction.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1の実施例を第27図により説明する。第2
7図に示すようにトロイダルコイル24を環状流路23
の上下端でたばねる。導電性流体の流入あるいは流出口
25とする。第1図に示すように発電機側ヘッダ36に
連通ずる内側の環状流路を発電機側流路3、ポンプ側へ
ラダ35に連通する外側をポンプ側流路2とする。各ヘ
ッド35.36は各流路2,3の下側にも設けてあり同
様な連通関係にある。同図のA−A’断面図(第2図参
照)に示すように、トロイダルコイル(巻線24)によ
り、流路内には円周方向に外部磁界20が存在する。こ
のため、発電機側流路3内の導電性流体を外力により下
から上に流動させると、フレミング右手の法則により外
向きの起電力が生じる。第2図に示すように、発電機側
流路3内で生じた電流21は良導体隔壁1をへて、ポン
プ側流路2内の導電性流体中を流れ、外側の流路壁で上
または下方向へ流れて、上下端をへて内側の流路壁から
発電機側流路内の導電性流体へ還流する。このため、ポ
ンプ側流路2内の導電性流体はフレミング左手の法則に
より、下向きの力を受は流動する。第21図または第2
3図に示すように本発明によれば、巻線を長くするだけ
で、流路方向の外部磁界の長さを必要なだけ確保するこ
とが可能であり多段型の構成が不要である。また。
A first embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. 27. Second
As shown in Figure 7, the toroidal coil 24 is connected to the annular flow path 23
Tie at the top and bottom edges. It serves as an inlet or an outlet 25 for conductive fluid. As shown in FIG. 1, the inner annular flow path that communicates with the generator side header 36 is called the generator side flow path 3, and the outer side that communicates with the rudder 35 toward the pump side is called the pump side flow path 2. Each head 35, 36 is also provided under each flow path 2, 3 and has a similar communication relationship. As shown in the AA' cross-sectional view (see FIG. 2), an external magnetic field 20 exists in the flow path in the circumferential direction due to the toroidal coil (winding 24). Therefore, when the conductive fluid in the generator side flow path 3 is caused to flow from bottom to top by an external force, an outward electromotive force is generated according to Fleming's right-hand rule. As shown in FIG. 2, the electric current 21 generated in the generator side flow path 3 passes through the good conductor partition wall 1, flows through the conductive fluid in the pump side flow path 2, and flows upward or downward at the outer flow path wall. It flows downward, passes through the upper and lower ends, and is returned to the conductive fluid in the generator-side flow path from the inner flow path wall. Therefore, the conductive fluid in the pump-side flow path 2 flows under a downward force according to Fleming's left-hand rule. Figure 21 or 2
As shown in FIG. 3, according to the present invention, it is possible to ensure the required length of the external magnetic field in the direction of the flow path by simply increasing the length of the winding, and a multi-stage configuration is not required. Also.

本発明は環状流路にのみ限定されるものではないが、環
状の流路構成によりタンク型高速炉に適用した場合にタ
ンクの小型化に大きく寄与しつる。
Although the present invention is not limited to annular flow paths, when applied to a tank-type fast reactor due to the annular flow path configuration, it greatly contributes to miniaturization of the tank.

さらに、構成の簡単さは言うまでもない。Furthermore, it goes without saying that the configuration is simple.

本発明の第2の実施例を第28図により説明する。本実
施例では、−重の環状流路を絶縁材隔壁26で二分割し
、発電機側流路3とポンプ側流路2としている。同図の
A−A’断面図(第29図参照)に示すように、トロイ
ダルコイル24により円周状時計回りの磁界20をつく
る。発電機側流路3内の導電性流体を下から上に、第2
9図紙面に垂直具から表方向に外力により流動させる。
A second embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. In this embodiment, the -heavy annular flow path is divided into two by an insulating material partition 26 to form a generator side flow path 3 and a pump side flow path 2. As shown in the AA' cross-sectional view of the figure (see FIG. 29), a circumferential clockwise magnetic field 20 is created by the toroidal coil 24. The conductive fluid in the generator side flow path 3 is moved from bottom to top.
Figure 9: The material is caused to flow in the direction from a vertical tool to the surface of the paper by an external force.

フレミング右手の法則により、発電機側流路3の導電性
流体中には径方向外向の電流が流れ、起電力が生じてい
ないポンプ側流路2内の導電性流体中を通って還流する
ために環状流路外側管壁を通る閉回路が構成される。ポ
ンプ側流路2内の導電性流体を流れる。
According to Fleming's right-hand rule, a radially outward current flows in the conductive fluid in the generator-side flow path 3, and the current flows back through the conductive fluid in the pump-side flow path 2 where no electromotive force is generated. A closed circuit passing through the annular flow channel outer tube wall is constructed. The conductive fluid flows in the pump-side flow path 2.

電流は直交する周方向の磁界と相互作用し、フレミング
左手の法則により、導電性流体に上向きの駆動力を生じ
、電磁フローカプラとして機能する。本実施例は比較的
簡単な流路構成で環状型電磁フローカプラを提供するこ
とができる。
The current interacts with orthogonal circumferential magnetic fields and, according to Fleming's left-hand rule, creates an upward driving force on the conductive fluid, acting as an electromagnetic flow coupler. This embodiment can provide an annular electromagnetic flow coupler with a relatively simple flow path configuration.

本発明の第3の実施例を第30図及び第31図により説
明する。本実施例は円周状の磁界を、第1の実施例のト
ロイダルコイルの代りにソレノイドコイル24により実
現したものであり、同様に作動する。本実施例によれば
、比較的簡単なコイル構成で環状型電磁フローカプラを
実現することができる。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 30 and 31. This embodiment realizes a circumferential magnetic field by using a solenoid coil 24 instead of the toroidal coil of the first embodiment, and operates in the same manner. According to this embodiment, an annular electromagnetic flow coupler can be realized with a relatively simple coil configuration.

本発明の第4の実施例を第32図及び第33図により説
明する。本実施例は第2の実施例のトロイダルコイルの
代りにソレノイドコイル24により1円周状の磁界を実
現しており、同様の機能を有する。本実施例によれば、
流路、コイルともに簡単な構成で実現が可能となる。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 32 and 33. This embodiment uses a solenoid coil 24 instead of the toroidal coil of the second embodiment to realize a magnetic field in the shape of one circumference, and has the same function. According to this embodiment,
Both the flow path and the coil can be realized with a simple configuration.

本発明の第5の実施例を第34図及び第35図により説
明する。本実施例は本発明を直流型電磁ポンプに応用し
ている。環状流路壁29を良導体で構成し、内側と外側
の管壁間に直流電源を接続し、環状流路内の導電性流体
中に径方向外向きの電流を外部から電気的に与えている
。ソレノイドコイル24がつくる円周方向時計回りの磁
界20と外向き電流21により、フレミング左手の法則
にしたがって、下向きの駆動力が導電性流体に生じ、電
磁ポンプとして作動する。本実施例によれば、終端効果
の少ない環状型の電磁ポンプを提供できる。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 34 and 35. In this embodiment, the present invention is applied to a DC type electromagnetic pump. The annular channel wall 29 is made of a good conductor, a DC power source is connected between the inner and outer tube walls, and a radially outward current is electrically applied to the conductive fluid in the annular channel from the outside. . Due to the circumferentially clockwise magnetic field 20 and the outward current 21 created by the solenoid coil 24, a downward driving force is generated in the conductive fluid according to Fleming's left-hand rule, and it operates as an electromagnetic pump. According to this embodiment, an annular electromagnetic pump with less termination effect can be provided.

本発明の第6の実施例を第36図及び第37図により説
明する。本実施例は、ポンプ機能を有する第2の実施例
に熱交換機能を併せもたせている。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 36 and 37. This embodiment combines the second embodiment, which has a pump function, with a heat exchange function.

ソレノイドあるいはトロイダルコイルにより周方向の閉
じた磁界を設けた環状流路を第36図に示すように多分
割し、ポンプ側、発電機側導電性流体の隔壁を通しての
接触面積を増加させている。
The annular flow path provided with a closed magnetic field in the circumferential direction by a solenoid or toroidal coil is divided into multiple parts as shown in FIG. 36 to increase the contact area of the conductive fluid on the pump side and the generator side through the partition wall.

ポンプ側、発電機側の導電性流体間に温度差があれば、
高温側から低温側へ熱が輸送され熱交換器として機能す
る。本実施例によれば、熱交換器とポンプ機能を有する
環状型電磁フローカプラを実現することができる。
If there is a temperature difference between the conductive fluid on the pump side and the generator side,
Heat is transported from the high temperature side to the low temperature side and functions as a heat exchanger. According to this embodiment, an annular electromagnetic flow coupler having a heat exchanger and a pump function can be realized.

本発明の第7の実施例を第38図により説明する。タン
ク型高速増殖炉の原子炉炉心8は円筒容器32及び流体
止め34によりタンク側と定常運転時は隔離されている
。タンク内の液体ナトリウへは低温に保持されている。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The nuclear reactor core 8 of the tank-type fast breeder reactor is isolated from the tank side by a cylindrical container 32 and a fluid stop 34 during steady operation. The liquid sodium in the tank is kept at a low temperature.

熱交換型環状電磁フローカプラ31は炉心側のナトリウ
ムを循環させるとともに、炉心8で発生した熱を二次系
ナトリウムに輸送する。二次系ナトリウムの流動が停止
した場合には流体止め34からタンク内のナトリウムが
流入し、炉心の熱を除去し、タンク外壁を通して放熱さ
せる。本実施例によれば、電磁フローカプラの磁石を低
温環境下に保持できる利点があり、また、ポンプ、熱交
換器を一体化した電磁フローカプラによりタンクの小型
化、コスト低減が実現できる。第39図は、現在設計さ
れているタンク型高炉炉(タンク直径約20m)に熱交
換型電磁フローカプラを適用した場合のタンク小型化の
試算結果である。1次系ナトリウム流量を確保する観点
からは電磁フローカプラの大きさは流速に依存し、同図
から判るように流速4 m / sでタンクを14m弱
まで小型化できることが判る。
The heat exchange type annular electromagnetic flow coupler 31 circulates the sodium on the core side and transports the heat generated in the core 8 to the secondary sodium system. When the flow of secondary sodium stops, the sodium in the tank flows through the fluid stop 34, removes heat from the core, and radiates the heat through the outer wall of the tank. According to this embodiment, there is an advantage that the magnet of the electromagnetic flow coupler can be maintained in a low-temperature environment, and the electromagnetic flow coupler that integrates the pump and the heat exchanger can realize miniaturization of the tank and cost reduction. FIG. 39 shows the results of trial calculations for reducing the size of the tank when a heat exchange type electromagnetic flow coupler is applied to the currently designed tank type blast furnace (tank diameter: approximately 20 m). From the viewpoint of securing the primary sodium flow rate, the size of the electromagnetic flow coupler depends on the flow velocity, and as can be seen from the figure, it is possible to downsize the tank to just under 14 m at a flow velocity of 4 m/s.

第40図は磁石の段数Nをパラメータにした電磁フロー
カプラのポンプ効率評価結果を示す。励磁部の全長を一
定にした場合の解析結果で横軸は磁界の強さに対応する
。同図より、効率は段数が少ないほど、終端効果の影響
が小さく、良くなることがわかる。
FIG. 40 shows the pump efficiency evaluation results of the electromagnetic flow coupler using the number of stages N of magnets as a parameter. The horizontal axis corresponds to the strength of the magnetic field in the analysis results when the total length of the excitation part is kept constant. From the figure, it can be seen that the smaller the number of stages, the smaller the influence of the terminal effect, and the better the efficiency.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、流路方向の磁界の作用する長さを任意
にとれるので、多段の磁石を用いる場合よりも、終端効
果の影響が小さくポンプ効率の高い電磁フローカプラ及
び電磁ポンプ等の電磁流体機器を提供できる。また、タ
ンク型高速増殖炉への応用を考える場合、環状型の構造
をとれるのでタンクの小型化への寄与が大きく、大幅な
コスト低減を図れる。
According to the present invention, since the length of the magnetic field in the direction of the flow path can be set arbitrarily, the influence of the terminal effect is smaller than when using multi-stage magnets, and the electromagnetic flow coupler and electromagnetic pump, etc. We can provide fluid equipment. Furthermore, when considering application to a tank-type fast breeder reactor, the annular structure can be used, which greatly contributes to the miniaturization of the tank, resulting in a significant cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図は第1図の
A−A’断面図、第3図は従来例1の説明図、第4図は
電磁フローカプラの原理図、第5図は従来の高速炉の系
統図、第6図は高速炉に電磁フローカプラを適用した場
合の系統図、第7図及び第8図は従来例2の説明図、第
9図及び第10図は従来例3の説明図、第11図及び第
12図は電磁フローカプラの高速炉への適用例、第13
図及び第14図は終端効果の説明図、第15図、第16
図、第17図及び第18図は従来例2の磁界が多段型に
なることの説明図、第19図及び第20図は磁界の変形
の様子の説明図、第21図、第22図、第23図、第2
4図、第25図及び第26図はトロイダルコイル及びソ
レノイドコイルの説明図、第27図は実施例1の説明図
、第28図は実施例2の説明図、第29図は第28図の
A−A’断面図、第30図は実施例3の説明図、第31
図は第30図の軸方向断面図、第32図は実施例4の説
明図、第33図は第32図のB−B′断面図、第34図
は実施例5の説明図、第35図は第34図の径方向断面
図、第36図及び第37図は実施例6の説明図、第38
図は実施例7の説明図、第39図は本発明の詳細な説明
グラフ図、第40図は電磁フローカプラのポンプ効率と
磁束密度との各磁石段数ごとの関連グラフ図である。 1・・・良導体(導電性)隔壁、2・・・ポンプ側流路
、3・・・発電機側流路、13・・・電磁フローカプラ
、20・・・磁界、21・・・電流、24・・・巻線、
26・・・絶縁材隔壁、28・・・直流電源回路。
Fig. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view taken along line AA' in Fig. 1, Fig. 3 is an explanatory diagram of conventional example 1, and Fig. 4 is a principle diagram of an electromagnetic flow coupler. , Fig. 5 is a system diagram of a conventional fast reactor, Fig. 6 is a system diagram when an electromagnetic flow coupler is applied to a fast reactor, Figs. 7 and 8 are explanatory diagrams of conventional example 2, and Figs. Fig. 10 is an explanatory diagram of conventional example 3, Figs. 11 and 12 are examples of application of electromagnetic flow couplers to fast reactors, and Fig. 13 is an explanatory diagram of conventional example 3.
Figures 14 and 14 are explanatory diagrams of the terminal effect, Figures 15 and 16.
17 and 18 are explanatory diagrams showing that the magnetic field of Conventional Example 2 becomes multistage, and FIGS. 19 and 20 are explanatory diagrams of how the magnetic field is deformed, and FIGS. 21 and 22. Figure 23, 2nd
4, 25 and 26 are explanatory diagrams of toroidal coils and solenoid coils, FIG. 27 is an explanatory diagram of Embodiment 1, FIG. 28 is an explanatory diagram of Embodiment 2, and FIG. 29 is an explanatory diagram of Embodiment 2. A-A' sectional view, Figure 30 is an explanatory diagram of Example 3, Figure 31
30 is an axial sectional view of FIG. 30, FIG. 32 is an explanatory view of Embodiment 4, FIG. 33 is a BB' sectional view of FIG. 32, FIG. 34 is an explanatory view of Embodiment 5, and 35 The figure is a radial cross-sectional view of FIG. 34, FIGS. 36 and 37 are explanatory diagrams of Example 6, and FIG.
FIG. 39 is a detailed explanatory graph of the present invention, and FIG. 40 is a graph of the relationship between the pump efficiency and magnetic flux density of the electromagnetic flow coupler for each number of magnet stages. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Good conductor (electrically conductive) partition, 2... Pump side flow path, 3... Generator side flow path, 13... Electromagnetic flow coupler, 20... Magnetic field, 21... Current, 24... Winding wire,
26... Insulating material partition, 28... DC power supply circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、環状断面の流路内に通された導電性流体に磁界を作
用させて前記導電性流体に流動力を与える電磁流体機器
において、前記流路の環状断面内で閉ループ状の磁界を
生じる配置にて磁界発生装置を備えたことを特徴とした
環状磁界型電磁流体機器。 2、特許請求の範囲の第1項において、前記磁界発生装
置の巻線は流路の外周囲に線長方向が導電性流体の流れ
に沿う方向になるように巻いたことを特徴とした環状磁
界型電磁流体機器。 3、特許請求の範囲の第1項において、前記流路は、ラ
ジアル方向に流路を分割する導電性隔離壁を備えた多重
円筒状であることを特徴とした環状磁界電磁流体機器。 4、特許請求の範囲の第1項において、前記流路は、環
状周方向に流路を分割する絶縁材隔離壁を備えたことを
特徴とした環状磁界型電磁流体機器。 5、特許請求の範囲の第1項又は第2項において、前記
電磁流体機器は、流路の一方の側壁と他方の側壁との間
に電位を印加する電源回路を備えた電磁流体機器である
ことを特徴とした環状磁界型電磁流体機器。
[Scope of Claims] 1. In a magnetic fluid device that applies a magnetic field to a conductive fluid passed through a flow path having an annular cross section to apply a flow force to the conductive fluid, a closed loop is formed within the annular cross section of the flow path. An annular magnetic field type magnetic fluid device characterized by being equipped with a magnetic field generating device arranged to generate a magnetic field. 2. In claim 1, the coil of the magnetic field generator is wound around the outer periphery of the flow path so that the wire length direction is along the flow of the conductive fluid. Magnetic field type magnetic fluid equipment. 3. An annular magnetic field electromagnetic fluid device according to claim 1, wherein the flow path has a multi-cylindrical shape including conductive separation walls that divide the flow path in the radial direction. 4. An annular magnetic field type electromagnetic fluid device according to claim 1, wherein the flow path is provided with an insulating material separation wall that divides the flow path in an annular circumferential direction. 5. In claim 1 or 2, the electromagnetic fluid device is a magnet fluid device including a power supply circuit that applies a potential between one side wall and the other side wall of a flow path. An annular magnetic field type magnetic fluid device characterized by:
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58148659A (en) * 1982-02-10 1983-09-03 ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション Electromagnetic pump

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58148659A (en) * 1982-02-10 1983-09-03 ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション Electromagnetic pump

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