KR0146236B1 - 노즐냉각과 세라믹코팅 절연방식을 사용한 환단면 선형유도전자펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온으로 융융된 액체금속을 배관으로 순환시키거나 저장 용기에서 끌어 올리기 위해 사용하는 선형 유도전자펌프에 관한 것으로, 이 장치의 핵심 구성품인 전자석 코아 및 코일이 고온 사용 환경에서 재료 특성 변화때문에 일어날 수 있는 성능 저하 또는 기능 상실을 방지하기 위한 새로운 냉각 방법과 절연성 보장 및 대칭성 균일 자속을 형성시킬 수 있는 전자석 코아의 고안을 통해서 전자펌프의 소형화, 구조 단순화, 운전 안전성 확보, 요율 개선 및 수명 연장을 기할 수 있도록 한 배관장착용 및 침지용 환단면형 선형유도전자펌프 제작에 대한 것이다.

종래의 냉각펜을 사용하지 않고 냉각노즐 파이프(5)를 통하여 가압 공기를 펌프내에 주입시켜 노즐을 통해 코일(4)과 외부코아(1) 사이에 균일하게 방출시켜 효율적으로 냉각시키면서 구조가 단순화되고 자동 온도 조절이 가능한 강제냉각 방법을 도입하고 저온 운전에서는 대기의 자연 대류에 의한 냉각도 병행토록 하고, 적층된 외부코아(1)의 절단 측면(14)을 세라믹으로 용사 코팅하여 재래식으로 코일(4)을 절연재로 감싸지 않아도 접촉에 의한 전기적 단락을 근본적으로 해소함과 동시에 코일의 방열을 증진시키며 코아(1)의 측면 부식을 방지하며 아울러 덕트(3)내 고온 액체금속(7)으로부터 열전달을 차단하고, 내부코아(2)의 적층을 방사상으로 배열하여 축대칭의 반경 방향 자기장이 액체금속(7)에 걸리도록 하여, 결과적으로 전자펌프의 소형 경량화, 구조의 단순화 및 내구성 강화, 자동 운전 및 안전성 확보, 효율 향상 및 성능 개선을 얻을 수 있다. 이러한 장치는 사용 장소나 용도에 따라 배관장착용과 침지용으로 사용할 수 있고, 고온에서 융융되어 액체 상태가 되는 금속을 대상으로 하는 여러 산업 분야에 응용될 수 있어서 특히 제철 제련의 주조 공장이나 정련소에서의 융융금속 이송 및 주입, 원자력 발전로인 고속증식로의 나트륨 냉각재 순환, 핵융합로의 리치움 순환, 전도형 자기유체역학(MHD)발전기의 액체금속 순환등에서 이용할 수 있다.

Description

노즐냉각과 세라믹코팅절연방식을 사용한 환단면 선형유도전자펌프

본 발명은 노즐냉각과 세라믹코팅절연방식을 사용한 환단면 선형유도전자펌프에 관한 것으로, 특히 고온으로 융융된 액체금속을 배관을 통해 순환시키거나 저장용기에 끌어올리기 위해 사용되는 선형유도전자펌프의 주요 구성품인 전자석 코아, 코일, 절연재에서 온도 상승에 따라 나타나는 재료 특성 변화 때문에 일어날 수 있는 펌프의 성능 저하 또는 기능 상실을 막기 위한 새로운 냉각 방법과 절연 효과 증대 및 자속 균일화를 얻을 수 있는 전자석 코아의 고안을 통해서 전자펌프의 구조 단순화, 운전 안전성 확보, 수명 연장과 효율 향상을 기할 수 있도록 한 배관장착용 및 침지용의 환단면형 전자펌프에 관한 것이다.

전자펌프는 실온상태에서 고체인 나트륨, 리튬, 아연, 마그네슘, 알루미늄 등과 같은 금속과 이들의 합금을 가열하여 150℃ - 700℃의 융융상태에서 배관을 통한 이송이나 저장 용기로부터 방출시키는 구동 장치로 사용되고 있다.

전자펌프는 기계식 펌프와 비교하여 장치 자체의 고유한 단순성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 기계적으로 회전 날개와 같이 움직이는 장치 부품이 필요 없어 베어링이 필요 없고 밀봉(sealing)장치가 요구되지 않아 배관을 단순화시킬 수 있어 액체금속 순환계의 규모를 축소시킬 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라 순환계 임의의 장소에 설치할 수 있으며 정비시 액체금속 배관계통을 개봉하지 않아도 되고 정비상의 이점으로 인해 여러 산업 분야에서 응용되고 있다.

제철 제련 산업 분야에서는 기계화가 곤란하고 위험이 뒤따르는 주조 공장이나 정련소에서 융융된 금속의 이송과 주입이 필수 작업으로 전자펌프의 특징인 비접촉 구동성을 이용하여 이를 해결할 수 있다.

원자력 산업 분야에서는 특히 액체금속 고속증식로의 주 및 제2냉각 순환 계통에서 냉각재로 사용되는 나트륨(Na)을 원자로 풀(pool)에서 끌어올리는 침지용과 순환 루프(loop)의 배관 상에서 계속 구동력을 주기 위한 배관 장착용으로 각각 개발되고 있고, 현재 실험 단계에 있는 핵융합로의 블랑켓 내에서 삼중수소 연료 증식재과 냉각재 역할을 하는 액체 리튬(Li)의 순환계통과 직접발전의 한 방법인 액체금속을 사용한 자기유체역학(MHD) 발전기의 순환계통에서 활용될 수 있다.

전자펌프는 기본적으로 전기전도성 액체금속 내에 전류와 자기장을 서로 교차시켜 이들의 수직 방향으로 전자력이 발생되도록 하여 액체금속을 구동 시키는 것으로, 액체금속 내에 전류 및 자기장을 발생시키는 방법에 따라 도전형 펌프와 유도형 펌프로 크게 나눌 수 있다.

도전형 펌프는 액체금속에 직접 접하는 전극이 필요하고 덕트(duct) 벽에서 저항 손실이 많기 때문에 고온 융융 금속용 펌프에는 적합하지 않는 단점이 있다.

유도형 펌프에는 사용하는 교류 전원, 융융금속이 구동되는 덕트의 단면과 유로의 모양에 따라 여러가지 유형이 있으나 고온 융융 금속의 침지용과 배관장착용으로는 3상 교류를 전원으로 하는 환단면 선형이 가장 많이 이용되고 있다.

선형유도전자펌프는 교류 전자석으로 발생시킨 자기장과 이로 인해 액체금속 내에 유도되는 전류에 의해 나타나는 전자력으로 펌프를 구동하는 것으로서 제1도는 대표적인 환단면 선형유도전자펌프의 기본 구성도인데, 직경이 다른 두 개의 금속 원통을 동축상에 놓고 일정 폭의 환단면을 유지하도록 스페이서(spacer)를 끼워 덕트를 만들며, 덕트 내부 원통 속에 강자성체로 채운 내부코아와 덕트 외부 원통 주위에 방사형으로 배열된 일정간격의 홈(slot)을 가진 강자성체 뭉치인 외부코아들이 설치되어 있고, 외부코아의 홈에 원통형으로 감은 도체 코일들이 끼워져 지지대에 의해 받쳐져 있으며, 최외각 원주상에는 원통형 금속망이나 판으로 둘러진 덮개로 대부분의 전자펌프는 구성되어 있다.

위상차가 120°인 정현파 형태의 3상 전류를 각각 일정한 결선법에 따라 코일에 연결하면 축방향으로 진행하는 합성된 정현파의 이동자기장이 외부코아와 내부코아를 가로질러 환단면 덕트 내부에 들어 있는 액체금속에 반경방향으로 걸리고, 결과적으로 이 시변 자기장에 의해 액체금속 내 원주 방향으로 유도된 전류와의 상호작용에 의한 전자력이 축방향으로 액체금속을 구동하여 펌핑력을 얻는다.

상기와 같은 전자펌프에 사용되는 코아, 코일, 덕트, 절연재 등의 구성부품과 재료는 고온 상태에서 물리적 및 기계적 성질이 변화되지 않는 높은 신뢰성이 요구되므로 그러한 물성을 갖는 소재를 사용하거나 또는 고온으로부터의 전열을 제거할 냉각장치가 필요하고, 전기전도성을 띠고 있는 구성품 사이에서 전기적 단락이 일어나지 않도록 내열 절연재의 사용이 필수적이다.

종래의 전자펌프에서는 덕트 내에 흐르는 고온의 액체금속으로부터 외부코아로 전달되는 열과 코일에서의 저항 발열을 제거하기 위해서 냉각 시스템을 도입하는 경우가 대부분으로, 저온 운전 조건에서는 자연 대류에 의한 냉각으로 원통 덮개 부분을 금속망으로 둘러싸 외부코아 및 코일의 주변 공기와 자유스럽게 접촉할 수 있도록 하거나, 고온 운전 조건에서는 펌프내에 냉각 팬을 설치하여 환풍시키거나 코아와 코일 사이의 빈 공간을 구역으로 나누고 원통 덮개로 둘러싸 냉각통로를 만든 후 외부에서 압축공기를 불어넣어 강제 냉각시키는 방법들을 채택하고 있다(일본 공개특허60-204254(1985.10.15), US Patent 4,828,459 (1989.5.9), Novatome Annular Induction Pumps Model IA251, IA501, IA1401).

또한, 고온에서 자기적 성질을 잃지 않도록 큐리온도가 높은 강자성체의 얇은판을 연속 E자 형태로 홈을 파서 이들을 적층시켜 외부코아 뭉치를 만든다.

이 때 판사이는 고온 절연 코팅이 되어 있으나 절단된 판의 측면은 금속면으로 도전성을 띠고 있어서 코일을 홈에 끼웠을 때 코아 홈 측면과의 접촉으로 일어날 수 있는 전기적 단락을 방지하기 위하여 코일 자체를 완전히 내열 절연 테이프로 감싸서 전기적 접촉을 피하는 방식을 쓰고 있다(Novatom, Annular Induction Pumps Model IA124, IA251, IA501, IA1401).

내부코아 역시 강자성체 판의 폭을 점진적으로 변화시켜 절단하여 덕트 내부 원통 한에 한방향으로만 적층시켜 원기둥 형태로 성형하여 사용하고 있다.

따라서 위와 같은 냉각방식과 코아 제작에 따라 발생할 수 있는 문제점은 다음과 같다.

냉각팬을 사용한 강제 송풍 냉각 방식에서는 전자펌프 내부 또는 외부에 팬을 설치할 공간이 부수적으로 필요하여 펌프 규모가 커지고 구조상 복잡성을 더할 뿐만 아니라, 냉각공기통로를 만들기 위해서 코아와 코일 배치로 좁고 복잡한 펌프 내부에 일정 구역을 막아 공기 흐름을 유도하는 복잡성을 더하고, 펌프 외각을 반드시 원통으로 둘러싸야 하기 때문에 외부 공기와의 접촉을 막아 자연 대류에 의한 냉각 효과를 차단하여 냉각 효율을 떨어뜨리고 저온 운전에서도 항시 냉각팬에 의한 강제냉각을 가동시켜야 하는 문제점이 있다.

압축 공기를 주입하는 강제냉각의 경우도 팬 설치 공간이 필요 없는 것 이외에는 냉각팬에 의한 냉각에서의 문제점을 그대로 내포하고 있다.

코아 측면과의 전기적 단락을 방지하기 위한 코일의 완전 절연 포장은 코일에 흐르는 전류에 의한 저항 발열의 발산을 막고 냉각 공기와 코일과의 접촉을 차단하여 계속적인 온도 상승으로 인한 코일재의 열화 및 저항 증가와 코일 사이의 절연 파괴를 초래하여 펌프 효율의 감소와 최악의 경우 기능 상실을 초래할 수 있다.

적층된 코아 측면의 절단면들을 그대로 방치하는 경우, 홈에서 코일과 접촉으로 인한 전기적 단락 위험성, 덕트 외부원통과 접촉하고 있는 자극면을 통해서 내부에 흐르는 고온 액체금속으로부터의 열전달로 인한 코아 온도 상승, 절단면들이 고온 상태에서 외부 공기 및 습기와의 접촉 때문에 산화 및 부식이 촉진되어 펌프 내구성을 단축시키는 문제점을 가지고 있다.

또한, 일정 방향으로 적층된 내부코아의 강자성체판은 코일에 흐르는 전류에 의해 발생된 자속을 환단면 덕트 내에서 방사상 외부코아 배치와 일치된 반경 방향으로 유도하지 못하고 특정 방향으로 자속 흐름을 편향시켜 펌프의 효율을 저하시키는 단점이 있다.

상기와 같은 종래의 환단면 선형유도전자펌프에서의 제반 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 냉각팬을 사용하지 않고 가압공기를 펌프 내 주입시켜 노즐을 통해 펌프 내에 균일하게 방출시켜 코일과 코아를 효율적으로 냉각시키면서 구조가 단순화되고 자동 온도 조절이 가능한 강제 냉각 장치를 도입하고, 전자펌프 사용조건에 따라 배관장착용에서는 저온 운전에서 자연대류에 의한 냉각도 병행하도록 하고, 침지용은 냉각파이프 노즐에서 분사되어 펌프내부를 냉각시킨 후 외부로 방출시키기 위한 통로로 덮개가 원통판으로 설치하여, 적층된 코아의 측면을 세라믹으로 절연 및 단열 코팅하여 코일을 절연재로 감싸지 않아도 접촉으로 인한 전기적 단락 문제를 해소함과 동시에 코일의 방열을 증진시키며, 덕트 표면과 자극면 사이에서 세라믹 코팅의 단열효과로 액체금속으로부터 열전달을 차단하고 아울러 적층된 코아의 측면 부식을 방지하며, 내부코아의 강자성체판도 외부코아 적층방향과 일치시켜 덕트 내부 원통속에 방사상으로 적층시켜 정확하게 반경방향으로 자기장을 액체금속 내에 걸리도록하여, 결과적으로 전자펌프의 소형화, 구조 단순화, 운전상의 자동화 및 안전화, 내구성강화, 효율 상승화를 얻을 수 있는 환단면 선형유도전자펌프를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고온 융융 금속을 이송 또는 방출시키기 위한 환단면 선형유도전자펌프에 있어서, 코아 및 코일을 받치고 있는 지지대를 가압 공기가 통과하는 파이프로 겸용하여 매 코일에 놓여 있는 위치에서 두 개의 이웃 코아가 합치되는 곳으로 냉각 공기가 분출되도록 노즐 구멍을 뚫은 냉각파이프들이 설치되고, 운전온도를 자동 조절하기 위해서 중앙 코일 내부와 덕트 내에 열전대가 삽입되고, 플라즈마 용사법으로 세라믹 코팅된 절단 측면을 가지고 있는 외부코아들이 설치되고, 외부코아의 적층 방향과 일치된 방사상 방향으로 적층된 내부코아가 있으며, 용도에 따라 배관장착용은 자연대류 냉각효과를 얻도록 원통 덮개가 축 방향의 파이프 들로 울타리처럼 설치되고 침지용은 냉각파이프 노즐에서 분사되어 펌프내부를 냉각시킨후 외부로 방출시키기 위한 통로로 덮개가 원통판으로 설치된 것을 그 특징으로 하고 있다.

제1도는 일반적인 환단면 선형유도전자펌프의 기본 구성도.

제2도는 본 발명의 환단면 선형유도전자펌프의 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 제2도의 외부코아 결합도.

제4도는 본 발명에 따른 제2도의 내부코아 및 덕트의 분해도.

제5도는 본 발명에 따른 제2도의 덕트, 지지대 겸 냉각노즐 파이프, 측면원판, 파이프 울타리형 원통 덮개, 전원공급선 단자 및 온도센서 단자의 배치도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외부코아(core) 2 : 내부코아(core)

3 : 덕트(duct) 4 : 코일(coil)

5 : 코일 지지대 겸 냉각노즐 파이프 6 : 스페이서(spacer)

7 : 액체금속 8 : 리듀서(reducer)

9 : 배관 파이프 10 : 외부코아 측면 지지대

11 : 측면원판 12 : 원통 덮개

13 : 코아 홈 14 : 강자성체판

15 : 자극면 16 : 내부코아 사각기둥 뭉치

17 : 덕트 내부 원통 18 : 중심 원통

19 : 내부코아 부채꼴기둥 뭉치 20 : 원추형 마개

21 : 덕트 외부 원통 22 : 통풍구

23 : 3상 전원공급선 단자 24 : 온도센서 단자

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.

환단면 선형유도전자펌프는 기본적으로 제1도와 같은 구성으로 되어 있으며, 앞서 언급된 종래의 전자펌프에서의 문제점, 설계변수 해석과 고온재료 및 기능상의 설계요건을 반영하여 고안된 본 발명의 배관장착용 전자펌프의 단면도가 제2도에 도시되어 있는 바, 외부코아(1)들과 내부코아(2) 사이에 환단면 덕트(3)가 끼어있고 외부코아(1)의 홈(13)들에는 원형의 코일(4)들이 삽입되어 전자펌프의 핵심 구성품을 이루고 있으며, 외부코아(1)들과 코일(4)들이 삽입되어 전자펌프의 핵심 구성품을 이루고 있으며, 외부코아(1)들과 코일(4)들을 떠받치는 지지대 역할을 하면서 노즐이 뚫려 있는 코일지지대 겸 냉각파이프(5)들이 이웃하는 코아 사이에 축방향으로 끼워져 있고, 덕트(3)에는 스페이서(6)들이 끼워져 있어 환단면의 유로를 형성하여 펌프 양끝을 막고 있는 두 장의 측면원판(11)과 이 측면원판(11)에 고정되어 원주형 펌프둘레를 마감하는 원통 덮개(12)로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성으로된 본 발명은 그 용도에 따라 침지용 전자펌프 경우에는 액체금속 입구쪽이 배관 파이프에 연결되어 있지 않고 열려 있어서 융융금속 저장용기에 잠겨 액체금속을 펌프 내로 끌어들이도록 그 구성이 제2도에 도시된 도면중 덕트(3) 입구쪽의 리듀서(8)와 배관 파이프(9)가 없는 단면도를 갖게 되며, 펌프 내부로 고온 융융금속이 스며들지 않도록 양끝 측면원판(11)과 연결되는 덮게를 파이프 울타리형 원통 덮게(12) 대신에 원통판형 원통 덮개(12)를 사용하여 단열 밀봉된 상태로 되어 있는 것이 기본적으로 다를 뿐이다.

외부코아(1)는 제3도와 같이 연속 E자형 모양으로 여러개의 홈(13)을 가진 규소강판 샅은 강자성체판(14)을 적층시켜 스텐레스 스틸재질의 외부코아 측면 지지대(10)로 고정하여 코아 뭉치를 만든 다음 이들 8개의 외부코아(1)를 45°의 간격으로 코아지지대 겸 냉각노즐 파이프(5) 사이에 끼워 덕트 원주 상에 방사상으로 배치하여 외부코아 측면지지대(10)를 전자펌프 양쪽 측면원판(11)에 고정시켜서 반경 방향 자 속의 주 통로가 되는 자극면(15)들이 덕트(3) 외벽과 접선 방향으로 접촉토록 하여 외부코아(1)의 흔들림을 방지하고 일정 자기장이 덕트내 액체금속(7)에 분포되도록 한다.

적층시키는 각각의 강자성체판(14) 두께는 가능한 한 얇은 재료를 택하여 와전류에 의한 저항 가열 및 펌프 효율 저하를 최소화하고 최대 자기장을 얻기 위해 내부 코아와 자계 방향성을 반경 방향으로 일치시켜 외부 강자성체판을 절단한다.

이 때 대개 상품화된 코아 재료인 강자성체판(14)의 양면은 800℃까지 견딜 수 있는 절연 코팅이 되어 있으나 연속 E자형태로 절단된 면은 절연이 노출된 상태로 되어 이들을 적층시킨 외부코아의 모든 측면은 도전성을 띨 뿐만 아니라 냉각 공기나 습기에 노출된 상태가 되어 앞서 본 발명이 해결하려고 제시한 전기적 단락, 열전도, 부식의 문제점을 갖게된다.

따라서, 본 발명에서는 이들 외부코아의 모든 측면을 먼저 그릿 브라스팅(grit blasting)으로 표면 전처리를 한 다음 알루미나(Al₂O₃)나 알루미나 타이타니아(Al₂O₃-13％ TiO₂)같은 세라믹을 수백 ㎛ 두께로 플라즈마 용사 코팅을 하여 종래 문제점을 해결한다.

내부코아(2)는 덕트(3) 내에서 축대칭의 분포를 가지면서 반경 방향으로 자속을 외부코일(1)과 연결하기 위하여 제4도에 도시한 바와 같이 사각단면 기둥 형태로 적층된 8개의 강자성체판 뭉치인 내부코아 사각기둥 뭉치(16)를 45°간격으로 덕트 내부 원통(17)과 중심 원통(18) 사이에 끼워 배치하고, 각각의 뭉치 사이의 부채꼴 단면 기둥 공간에는 폭이 점진적으로 변하는 강자성체판을 적층시킨 내부코아 부채꼴 기둥 뭉치(19)를 채워 제작하므로서, 종래 일정 방향으로 적층시켜 덕트 내부 원통(17)에 채워 넣어 제작되었던 내부코아에서의 비대칭 왜곡 자기장 발생 문제를 본 발명에서 해소한다.

한편, 내부코아(2)는 덕트(3) 및 리듀서(8) 내에 흐르는 액체금속(7)과 격리되어야 하므로 덕트 내부 원통(17) 속에 완전히 밀봉되도록 양끝을 스텐레스 스틸 원추형 마개(20)로 용접하여 융융금속과의 접촉이 없도록 한다.

덕트(3)의 재료는 자기장을 왜곡시키지 않고 화학적 반응성이 강한 액체금속에도 안정한 비자성체인 스텐레스 스틸을 사용하며 덕트 내부 원통(17)과 덕트 외부 원통(21) 사이에 환단면 유로를 형성시키기 위하여 3-4개의 스페이서(6)를 덕트 양끝 덕트 내부 원통(17)의 벽이나 원추형 마개(2)상에 일정각도 간격으로 배치하여 고정시켜 유로의 일정폭을 유지토록 하되, 자계의 약화와 뷸균일성을 막고 액체금속의 흐름이 유체역학적으로 덕트내벽과 큰 점성력이 일어나지 않는 범위에서 높은 펌핑 구동력을 얻을 수 있도록 가능한 한 좁게한다.

액체금속의 순환 배관 계통과 연결되는 덕트(3)의 양쪽 끝에서 흐름이 층류를 이루며 안정하게 흐르도록 유선형의 리듀서(8)를 중간에 달아 배관파이프(9)에 연결한다.

전자석 코일(4)은 외부코아 홈(13) 속에 삽입할 수 있는 폭의 밴드 형태의 도체 테이프와 이 보다 약간 넓은 폭의 고온 절연지를 교대로 사이에 두고 원형으로 감아 제작하여 외부코아 홈 특면과 도체 코일이 직접 접촉함이 없도록 하므로서 외부의 충격이나 펌프 운전시 미세한 코일 진동이나 움직임에 따라 일어날 수 있는 세라믹 절연 코팅된 외부코아 절단면의 손상을 방지하도록 한다.

이때 전자펌프의 작동온도에 따라 도체의 재료는 구리나 알루미나 분산 강화동테이프를 사용하고 이 사이에 끼워 감는 절연 테이프는 캡톤이나 마이카 절연지를 사용한다.

본 발명에서는 도체와 절연지가 번갈아 감긴 코일의 원형 형태를 유지시키기 위해 고온 절연 테이프 폭보다 약간 넓은 스텐레스 스틸 보강테를 코일뭉치와 절연시켜 코일 내경 쪽과 외경 쪽에 각각 끼워 고정시킨다.

이 원형 보강테는 코일의 기계적인 변형을 막고 냉각노즐 파이프에 단단히 지지되도록 하며 코일이 외부코아 홈(13)의 어느 한 쪽 측면으로 쏠리더라도 코일 측면과 일정한 간격을 유지시켜 노즐로부터의 냉각공기 유통을 원활하게 하고, 부차적으로 코일과 외부코아와의 직접적인 접촉을 막아 혹시 외부코아 절단면의 세라믹 코팅에 손상이 일어나더라도 전기적 단락의 위험을 방지할 수 있도록 대비하였다.

외부코아 홈(13)의 각각에 삽입된 코일(4)의 외경쪽과 내경쪽에서 뽑아낸 도체코일의 리드선을 3상 Y결선하여 120° 위상차를 갖는 3상 입력 전류에 의해 덕트(3)에 흐르는 액체금속(7) 내에 이동 자계를 형성시킨다.

외부코아(1)들과 코일(4)들을 일정 위치에 있도록 지지하고 고온 융융금속(7)이 흐르는 덕트(3)로부터 발산되는 열과 코일 및 코아 내에서 발생되는 저항열을 식혀주기 위해 본 발명에서 고안된 스텐레스 스틸재질의 코일지지대 겸 냉각노즐 파이프(5)들이 제5도에 도시된 바와 같이 외부코아(1) 개수 만큼 축방향으로 나란히 양끝 두 측면원판(11) 사이에 설치된다.

이 코일지지대 겸 냉각노즐 파이프(5) 각각에는 코일의 개수 만큼 노즐 구멍이 일정 간격으로 뚫어져 있고 이웃하고 있는 코일지지대 겸 냉각노즐 파이프(5)의 양끝은 측면원판(11) 밖에서 U자형의 파이프에 의해 교대로 직렬 연결되어 모든 냉가파이프가 하나의 냉각공기 통로를 형성하고, 최종적으로 열려져 있는 두 파이프 끝을 모아 주입구를 설치하여 압축 공기를 주입하면 노즐 구멍에서 분사되는 냉각공기가 각 외부코아(1) 합류선에 부딪히고 난 후 코일(4)과 외부코아(1)에 의해 나누어진 각 구역으로 들어간후 코일 측면과 외부코아 홈 측면을 냉각시키면서 방사상으로 파이프 울타리형 원통 덮개(12) 쪽으로 흩어지게 된다.

이 때, 중앙에 위치한 코일(4)의 내부와 덕트(3) 내 액체금속(7) 중에 온도센서(도시없음)가 삽입되어 온도 조절기(도시없음)에 연결되어 있으며 펌프의 정상 운전 온도 범위 내에서 압축공기 구동 솔레노이드 밸브(도시없음)가 열리고 닫혀 냉각을 하는 코일지지대 겸 냉각노즐 파이프(5)에 의한 강제냉각을 자동 조정할 수 있게 된다.

한쪽 측면원판(11) 상에는 3상 전원공급선 단자(23)와 온도센서 단자(24)가 부착된다.

본 발명의 용도중 배관장착용 경우는 제5도와 같이 양쪽 측면원판(11)에 원형 통풍구(22)를 뚫고 원통덮개는 일정 간격의 직선 파이프인 파이프 울타리형 원통덮게(12)를 배열하여 울타리 형태로 해서 전체적인 펌프의 지지와 동시에 펌프 내부 구성품과 외부 공기가 자유스럽게 접촉하여 자연대류 냉각 효과를 얻도록 한다.

본 발명의 용도중 침지형 경우는 제5도에서 액체금속 입구쪽 덕트(3)는 열려 있고 측면원판(11)의 통풍구(22)는 없애고 파이프 울타리형 원통 덮게(12) 대신 원통 형 판으로 둘러 밀봉시킴으로써 덕트(3)내 유로를 제외한 펌프 내부의 모든 구성품과 펌프가 잠겨있는 액체금속(7)을 완전 격리 시키며, 단지 액체금속(7) 출구쪽 측면원판(11)쪽에 단자들과 압축 냉각공기 주입구(도시없음) 외에 냉각 배기구(도시없음)를 추가 설치한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과를 상세히 설명하면, 냉각파이프를 이용한 압축공기 노즐 방식을 채택한 본 발명의 전자펌프는 종래의 냉각팬에 의한 강제냉각 방식에 비해 냉각팬 설치 공간이 필요 없고 별도의 냉각 통로를 마련하지 않아도 되며 냉각 노즐 파이프가 코일 및 코아를 떠받치는 지지대 역할을 겸하고 있어 전체적으로 전자펌프의 규모를 소형화 경량화할 수 있고 내부 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만아니라, 본 발명의 냉각 방식은 공기의 자연대류에 의한 냉각을 겸용하고 있기 때문에 냉각 효율이 높고 저온 운전에서는 압축공기를 사용하지 않고 자연대류 냉각만으로도 충분하여 운전 비용의 절감효과도 얻을 수 있으며, 온도센서에 의한 적정 온도 범위내에서 운전할 수 있는 자동 온도 조절 기능이 있어 펌프의 안전 운전과 과열에 의한 기능 상실 사고를 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 외부코아 제작 방법에 있어서 프라즈마 용사에 의한 외부코아 절단 측면의 세라믹 코팅은 코일과의 접촉에 의한 전기적 단락을 방지함과 동시에 종래의 코일 뭉치 절연 외피를 제거할 수 있게 하므로서 코일의 저항열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고, 공기 및 수증기와의 접촉에 의한 절단 측면의 산화와 부식을 근본적으로 제거함과 동시에 적층된 코아판들의 결속력을 유지시켜 외부코아 구조의 견고성을 유지시켜줌으로써 결과적으로 전자펌프의 안전성 및 효율 향상과 수명 연자의 효과를 거둘 수 있으며, 덕트와 접촉하고 있는 자극면의 세라믹 코팅은 덕트 내부의 고온 액체금속으로부터의 외부코아 내 열전달 유입을 완화시켜 전자펌프의 운전 온도를 높일 수 있게 한다.

내부코아 제작에 있어서 강자성체판의 방사상 적층 방법 채택은 축대칭의 반경의 방향 자속을 형성케 할 수 있어서, 펌핑력을 증가시키고 흐르는 유체의 난류 현상에 의한 불안정성의 요인을 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 전자펌프는 구성의 핵심이 되는 전자석 코아, 코일, 덕트와 그의 기본 골경은 그대로 사용하고 단지 펌프의 입구쪽과 원통 덮개의 구조를 간단히 변경하여 용도와 사용 위치에 따라 배관장착용과 침지용으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

이상 본 발명은 상기 실시예에 따라서 설명하였지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 전자펌프의 유량율 및 사용 조건에 따라 기하학적인 크기, 코일 수 및 외부코아 뭉치 개수와 이들의 배열, 펌프 내부 구조, 사용 재료 등이 그 요지를 이탈 하지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변경가능한 것이다.

Claims (6)

1. 고온 액체금속이 흐르는 환단면 덕트가 외부코아들과 내부코아 사이에 설치되고 외부코아 홈들 안에 원형 전자석 코일들이 삽입되어 지지대에 받쳐지고 양쪽 측면원판과 원통 덮개로 외부가 둘러싸여 구성되는 환단면 선형유도전자펌프에 있어서, 상기 외부코아(1) 및 코일(4)을 받치고 있는 지지대 겸 냉각노즐 파이프(5)가 설치되어 압축공기를 분사시켜 강제냉각하고, 적층된 강자성체판(14) 측면이 세라믹으로 절연 코팅된 상기 외부코아(1)들이 장착되고 이들과 자계 방향을 일치시켜 강자성체판을 방사상으로 배치하여 적층시킨 상기 내부코아(2)가 설치되고, 펌프 양끝을 막고 있는 두 장의 측면원판(11)과 이 측면원판(11)에 고정되어 원주형 펌프 둘레를 마감하는 원통 덮개(12)로 구성시킨 것을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 코일 지지대 겸 냉각노즐 파이프(5)들은 상기 외부코아(1)가 이웃하여 맞닿는 곳에 축방향으로 끼워져 있어 외부 코아홈(13)에 삽입되어 있는 상기 코일(4)들이 동축상에 있도록 지지하고, 파이프 상에 일정 간격으로 노즐 구멍이 뚫려 있고 서로 직렬로 연결되어 냉각통로를 이루고 있어서 압축 공기를 주입하여 노즐을 통해 분사된 냉각공기가 상기 펌프 내부를 강제냉각시키도록 하되 상기 코일(4) 내부와 상기 액체금속(7) 내부에 삽입된 온도센서에 의해 적정 운전 온도 범위내에서 자동 온도 조절을 하면서 사용할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.
3. 제1항에 있어서, 상기 외부코아(1)는 강자성체판을 연속 E자형으로 절단하여 적층시킨 코아 뭉치의 모든 절단 측면을 플라즈마 용사법으로 세라믹 코팅을 하여 상기 코일(4)의 측면과 외부코아 홈(13) 측면과의 접촉에 의한 전기적 단락 방지, 상기 외부코아(1) 절단 측면의 부식방지, 적층 코아 판 사이의 결속력 강화, 상기 덕트(3)내 고온 액체금속(7)으로부터 외부코아(1) 쪽으로의 열전달 방지를 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.
4. 제1항에 있어서, 상기 내부코아(2)는 상기 덕트(3)의 내부 원통(17) 안에 강자성체판(14)을 상기 외부코아(1)의 적층방향과 일치시켜 사각기둥뭉치(16)들과 부채꼴 기둥뭉치(19)들을 방사상으로 배치하여 결과적으로 상기 코일(4)에 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장이 반경방향 자속 형태로 상기 액체금속(7)을 가로질러 축대칭이 되어 걸리도록 함을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.
5. 제1향에 있어서, 상기 원통 덮개(12)는 배관장착용 전자펌프에서는 통풍구(22)가 있는 상기 측면원판(11)의 원주상에 일정 각도로 사이를 두고 직선 파이프들이 끼워져 원형 울타리 형태로 제작하여 주변 대기가 자유스럽게 펌프 내부의 구성품과 접촉하여 자연 대류에 의한 냉각 효과로 냉각 효율을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.
6. 제1항에 있어서, 상기 원통 덮개(12)는 침지용 전자펌프에서는 통풍구(22)가 없는 상기 두 측면 원판(11)들과 이들과 직경이 같은 원통형 판으로 둘러 밀봉시킨 원통판 형태로 제작하여 상기 냉각 파이프(9)에서 분사되어 나온 냉각 공기의 배기 통로와 잠겨있는 액체 금속과 펌프 내부를 격리시키는 차단벽 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 환단면 선형유도전자펌프.