KR20050083650A - 냉각식 전자기교반기 - Google Patents

Abstract

전자기교반기의 전기코일들의 냉각은 자성유체를 사용하여 행해진다.

Description

냉각식 전자기교반기{Cooling electromagnetic stirrers}

본 발명은 대체적으로는 상당한 공간경사도를 가진 자기장들을 생성하는 전자기장치들에 관한 것으로, 더 상세하게는 액체금속들을 교반하기 위해 채용된 전자기교반기들로 된 냉각시스템에 관한 것이다.

보편적으로, 비교적 큰 전력입력의 전자기장치들의 권선은 저항손실로 인해 권선에서 발생된 열을 제거하는 유체, 이를테면 기름이나 물로써 냉각된다. 이러한 장치들의 권선들로부터의 열 제거 메커니즘은 열 대류나 강제된 유체흐름에 기초한다. 후자의 접근법은 전자기교반기들(줄여서 EMS라 함)의 냉각에 사용되어왔고 금속가공산업에서 광범위하게 사용되어 왔다. 이러한 교반기들은 전용소스로부터 또는 주조몰드의 냉각용의 압력 하에서 공급되는 물에 의해 냉각된다.

가장 일반적으로 사용되는 방법에 따라, 냉각수흐름은 교반코일들을 수용하는 공간체적을 채우고 코일권선의 개별 전선들 밖으로 열을 뽑아낸다. 도 1과 도 2는 강철 빌릿(billets)또는 괴철(blooms)의 연속주조를 위해 EMS와 공용으로 사용되는 냉각시스템의 일 예를 보여준다. EMS(7)는 연속주조몰드조립체(1) 내에 배치되며 연속주조몰드조립체는 수직몰드(2)를 구비하며 수직몰드에는 용융된 금속(4)이 수용되고 용융된 금속은 EMS(7)에 의해 둘러싸여 있다. 수류(water flow; 3)는 EMS의 권선(5)에 이 권선의 바닥부분에서 들어가고 개별 전선들(9) 사이에 제공된 공간(8)속에서 위쪽으로 이동한 후, 도 2에 보인 것처럼, 수류(3)는 권선의 상부로부터 나온다. 이 냉각구성에서는, 권선절연물은 물과는 직접 접하고 있다. 미처리의 물(수)이 더 높은 전기전도도를 가지기 때문에, 물은 전기전도도를 용인되는 수준으로 낮추기 위해 화학적으로 처리되어야 할 필요가 있고 그리고/또는 전선절연물은 절연물의 미세세공들을 제거함으로써 구리의 부식과 장치의 우발적인 고장을 이끄는 구리전선과 물 사이의 직접적인 접촉 가능성을 없애기 위해 강화될 필요가 있다. 더욱이, 냉각수는 낮추어진 전기전도도를 가지는 경우에도 열악한 절연매체이므로, 신뢰할만한 전선절연과 전압제한 둘 다가 더 긴밀하게 패키지된 권선들 사이의 단락을 방지하기 위해 요구된다. 산업상의 실무에서는, 위의 접근법들, 즉 물을 이용해 전기전도도를 낮추는 방법 또는 예컨대 수지, 바니시 또는 유사한 화합물로써 전기절연을 강화하는 방법 중의 어느 것도 교반코일들의 신뢰성을 보장하지 않는다.

권선들을 물로써 냉각하는 다른 접근법은 권선제조물을 위해 중공(hollow)도체를 사용하는 것이다. 중공권선들에서, 냉각수는 도체 내를 흐르는 반면 외부의 전기절연체는 건조한 채로 남아 있다. 그 때의 냉각수는 관형 도체들의 내벽들에 침전물들이 형성되는 것을 유발하는 전기분해반응을 피하기 위해 처리되기도 한다. 위에서 언급된 외부 또는 내부의 냉각되는 권선들을 위한 수냉식 냉각시스템은 전자기교반시스템의 자본비 및 작동비를 증가시키는 펌프들, 필터들, 기구 등을 장비한 폐회로 물공급부를 구비한다.

자기적 작동상태를 표시하는 유체를 가지는 냉각식 전자기 장치들의 신규한 개념은 1960년대 알려졌다(참조. R.E. Rosensweig, Ferrohydrodynamics, Cambridge University Press, 1985). 자기장들과 자기장들 사이의 상호작용은 유체를 운동상태로 설정하는 몸체힘(body force)이 생기게 한다. 이 자기적 응답 특성은 전자기장치들의 냉각을 포함한 많은 실제 응용들에 이용된다.

미국특허 제5,898,353호는 배전변압기(distribution transformer)의 대류냉각을 위한 자성유체(magnetic fluid)의 사용을 기재하고 있다. 변압기에 의해 생성된 자기장의 경사도는 유체 속에 잠긴 변압기 권선들을 냉각시키는 순환패턴을 자기장 내에 생성한다.

미국특허 제5,863,455호는 개선된 절연 및 냉각특성들을 가지는 자성콜로이드유체로써 전력변압기(power transformer)들을 포함한 전자기장치들을 냉각하는 방법들을 개시하고 있다. 이 특허는 전자기장, 열, 및 전자기장치와 접촉하고 있는 안정한 콜로이드절연유체를 생성하는 수단을 포함하는 전자기장치에 관해 언급하고 있다. 위의 출원에서의 자성유체는 약 1 내지 20가우스의 포화자화를 가진다. 이 특허에 관련한 전자기장치는 전력변압기였다.

다른 종래기술로는 미국특허들인 제4,506,895호 및 제5,462,685호가 있다.

이러한 종래기술의 개시내용들에도 불구하고, 금속가공산업에서 채용되는, 특히 강철의 연속주조에 채용되는 전자기교반기들은, 공냉식일 매우 제한된 파워입력을 가지는 교반기들을 제외하고는, 여전히 수냉식이다. 수냉식 시스템들은 물의 처리를 위한 특수한 요건들 및 장비, 그것의 특성들을 모니터하고 유지하기 위한 기구, 전기절연체통합을 위한 특수한 요구, 위의 파라미터들 및 장비에 따라 교반기들을 신뢰하고 능률적이게 하는 특수장비(예컨대, 펌프들, 필터들, 파이핑 등)를 강요한다. 이러한 종속성은 교반기 제작 시의 결함, 사용되는 재료들, 장비 오동작 또는 사람의 과실이 있게 하고 종종 이러한 것들에 의해 위태롭게 된다.

도 1은 외부에서 공급된 물흐름에 의해 권선들을 냉각하는 종래기술방법에 따른 연속주조몰드조립부의 EMS구성의 개요도,

도 2는 도 1에 나타낸 구성에 따른 철요크 상의 권선조립체를 보여주는 EMS의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속주조몰드조립체의 EMS구성의 개요도,

도 4는 도 3에 보인 자성유체에 의해 냉각된 권선들을 갖는 EMS조립체의 단면도,

도 5는 도 3의 EMS조립체의 권선들의 세로부에서의 자기플럭스밀도분포의 컴퓨터시뮬레이션에 기초한 개요도,

도 6은 다른 전류입력들에서의 자성유체의 평균 자기 및 중력압력들의 예의 그래프,

도 7은 가변전류들에서의 권선온도에 대한 자성유체큐리점의 영향을 보여주는 그래프,

도 8은 도3의 EMS조립체의 실험에 사용된 권선들에서의 열전쌍배치들의 개요도,

도 9는 아래에서 설명되는 실시예 1의 조건들 하에서 실험적으로 얻어진 권선온도를 보여주는 그래프,

도 10은 아래에서 설명되는 실시예 3의 조건들 하에서 측정된 권선의 온도프로파일들을 보여주는 그래프,

도 11은 실시예 3의 조건들 하의 권선의 최고온도와 전류입력 간의 관계를 보여주는 그래프.

전자기교반기들과 함께 사용되는 수냉식 냉각시스템의 단점들을 극복하기 위해, 본 발명에 따라, 전가기교반기들의 냉각효율과 작동성능은 자성유체를 냉각 및 절연매체로서 사용함으로써 개선될 수 있다는 것이 확인되었다.

본 발명에 따라 개선된 방법은 절연성을 갖는 콜로이드자성유체(이후로는 자성유체라 함)가 냉각제로서 채용되는 전자기교반기권선들을 냉각하기 위해 제공된다. 전자기교반기의 권선들은 이 장치에 의해 생성된 전자기장으로부터 생기는 자기대류(magnetic convection)에 의해 움직임이 정해지는 자성유체의 운동에 의해 냉각된다. 전자기장치에 에너지가 가해지면, 이 장치에 의해 생성된 자기플럭스밀도의 경사도 때문에, 자성유체에는 차등압(differential pressure)이 발생하여, 자성유체의 자기대류흐름이 개별 크기의 권선들 사이에 형성된 공간을 통해 적은 압력의 방향이 되게 한다.

자성유체의 흐름은 전선들 내에서 저항(ohmic)손실로 인해 발생된 열이 흩어지게 하고 그 열이 봉지물(enclosure)의 내벽들에 열을 전달시킨다. 외벽들은 흐르는 물로 냉각된다.

전용 냉각수공급원과 그것에 관련된 장비들을 없앰으로써, 교반냉각시스템은 단순화되어, 수냉식 냉각시스템에 비해 자본비 및 작동비가 감소된다.

전류를 운반하는 권선들과 도전성냉각매체, 즉, 물 사이의 임의의 접촉가능성이 없어지게 된다.

자성절연유체를 사용하는 것에 의해, 권선들로부터 냉각매체로의 열전달은 권선의 전기절연을 감소시킴으로써 향상된다. 절연의 감소는 절연물의 두께를 감소시킴으로써 및/또는 종종 감소된 전기저항에 관련된 양호한 열전도도를 갖는 절연재료들을 채용함으로써 달성될 수 있다.

게다가, 권선들에 약 15A/㎟까지 증가된 전류밀도를 채용하는 능력이 제공되며, 이는 권선들로부터의 열제거가 개선되기 때문에 그리고 유전성의 유체에서의 권선들의 단락 가능성이 줄어들었기 때문에 가능하게 된다.

자성유체의 사용은 고유(intrinsic)절연체로서의 전자기장치의 내용연한(service life)을 증대시키고 콜로이드자성유체의 자기적 특성들은 다년(多年)을 포함한 매우 긴 기간 동안 변하지 않고 유지된다. 반면, 수냉식 냉각시스템의 단일 오동작은 전자기장치 권선들이 손상 또는 불량이 되게 할 것이다.

본 발명에서, 전자기교반기의 권선들은 철로 된 요크의 돌출자극들에 탑재된 봉지하우징 내에 배치된다. 이 하우징은 비자성 스테인레스강 또는 상당히 양호한 열전도도를 가지는 다른 비자성재료로 제작되고 절연성, 즉, 유전성의 특성을 가지기도 하는 자성유체로 채워진다. 권선들은 전부가 자성유체 속에 잠긴다. 하우징의 외부는 주조몰드의 냉각에 사용되거나 다른 원천으로부터 공급되는 흐르는 물에 의해 냉각된다.

자성유체는 예컨대, 합성유 또는 광유의 유전체 성질들을 갖는 운반유체와, 이 유체 속에 부유되는 나노크기의 자성입자들로 구성된다. 이 입자들은 유체 내에 퍼져 콜로이드현탁액을 형성한다. 특수코팅은 입자들이 괴상화(agglomeration)되는 것을 방지한다. 이러한 종류들의 콜로이드자성유체들은 통상 "자성유체(ferrofluids)"라고 하고 그것들의 상세내용은 예컨대 미국특허들인 제5,462,685호 및 제5,863,455호에 기재되어 있다.

자성유체의 자기적 성질들은 자성입자들의 농도에 의존하고 정량적으로는 유체의 단위체적당 최대획득가능 자기모멘트로서 정의되는 가우스단위의 포화자화(M)율로 특징지어진다. 자성유체의 자기적 성질들이 온도에도 의존하므로, 자성유체의 자화의 포화는 온도의 증가와 함께 감소한다. 따라서, 퀴리온도, 즉 자기강도가 0에 접근할 때의 특정 권선들의 최대작동온도(전형적으로는 150 내지 250℃)에 꽤 가까운 온도를 가지는 EMS 냉각용의 자성유체를 채용하는 것이 유익하다.

이러한 특성들을 갖는 자성유체는 최강의 대류를 제공하는데, 그 이유는 권선들의 바닥부의 더 차가운 자성유체가 최강의 자기장을 발휘하는 자극들에 인접한 영역들로의 인력으로 인해 끌어당겨지기 때문이다. 자성유체흐름이 권선들을 통해 위쪽으로 전진할수록 그것의 온도는 상승하고 자기강도는 약해지며, 이는 유체가 권선들의 상단부로부터 밖으로 나가는 것을 용이하게 한다. 뜨거운 유체흐름은 권선의 상단부로부터 밖으로 나가고 외부로부터 권선들의 외층과 물로 냉각된 하우징 내벽들 사이에서 아래쪽으로 흐른다. 그 결과, 냉각된 자성유체흐름은 하우징의 바닥부 쪽으로 복귀하고 냉각사이클은 반복된다.

열유도대류는 온도의 상승에 따라 감소하는 유체밀도로 인해 발생하는, 즉, 자연대류이다. 그러나, 그것은 전체 냉각과정에서 비교적 미소한 역할을 담당한다. 코일들에 낮은 전류가 공급되어 자기장이 약해질 때에만 또는 유체가 권선들 밖으로 나가기 전에 권선의 상부에서 유체온도가 큐리점에 도달할 때에만 자연대류는 유체의 자기인력보다 우세해지기 시작한다.

자성유체는 바람직하게는 적어도 약 10⁹ 오옴ㆍ미터의 전기저항률에 상응하는 유전체특성을 가진다. 이러한 전기저항률은 전선의 전기절연의 감소와 원칙적으로는 전선 전기절연의 완전한 제거를 가능케 하며, 이는 권선으로부터 자성유체로의 열전달을 용이하게 한다.

자성유체는 바람직하게는 약 50 내지 약 200가우스 범위의, 더 바람직하게는 이 범위의 상단 쪽의 포화자화를 가진다. 자성유체는 바람직하게는 약 500 내지 약 300℃ 범위의, 더 바람직하게는 이 범위의 하단 쪽의 큐리온도를 가진다.

본 발명에서, 물과 전류운반권선들 간에는 직접적인 접촉이 없어, 매우 낮은 전기전도도를 갖는 특수처리된 물을 사용하는 것과 권선들을 위해 과중한 전기절연을 사용하는 것이 필요 없다. 자성유체는 자가추진되어 권선들로부터의 충분한 속도의 열추출과 물로 냉각된 스테인리스강 봉지물들을 통한 열전달을 보장한다.

도면들을 참조하면, 도 3과 도 4는 발명의 일 실시예에 따라 연속주조기계(미도시)에 설치된 몰드하우징조립체(10) 내의 EMS구성의 개요도를 보여준다. 도 3과 도 4에 보인 것처럼, EMS고정자(12)는 주조몰드(14) 둘레에 배치되고 주조몰드(14)는 주조몰드(14)에 연속적으로 부어지고 인출되는 고체화용해물(16)을 담고 있다. 권선들(18)은 도 4에 보인 돌출(볼록)자극편들(22)에 탑재된 스테인리스강 하우징들(20)에 봉지된다. 돌출자극들(22)은 EMS철요크(24)의 부분이고 이러한 2 구성요소들은 함께 EMS고정자(12)를 구성한다. 주조몰드(14)와, 코일스테인리스강 하우징들(20)과 EMS고정자(12)를 포함한 교반기는 몰드(14)를 냉각하기 위해 사용되는 흐르는 물 즉 물흐름(26)에 의해 냉각된다.

모든 전술의 구성요소들, 즉 철요크, 권선들, 돌출자극들 및 스테인리스강하우징들은 EMS조립체를 구성한다. 권선하우징(20)은 권선들(18)을 몰드냉각수(26)로부터 분리한다. 이러한 하우징들은 EMS에 의해 생성된 자기장과 권선들로부터 추출된 열흐름 둘 다의 경로에 있으므로, 그것들은 비교적 높은 전기저항률을 갖는 비자성 열전도재료로 제작된다. 비자성 스테인리스강은 사용될 수 있는 그러한 재료이다. 권선하우징들(20)은 그것들의 앞 및 뒤의 벽들의 내부에 그루브들(28)을 가진다. 그루브들(28)은 자성유체(30)의 흐름이 권선들(18)의 완전한 잠김을 제공하는 방식으로 하우징들(20) 내를 채우는 것을 용이하게 한다.

자성유체(30)는 자기장강도의 경사도에 의해 만들어진 압력 하에서 특수하게 제공된 개구들(31)을 통해 권선들(18)의 하부에 들어가도록 힘을 받는다. 권선들(18) 내에서, 자성유체(30)는 단면 A-A(도 4)의 확대도에서 보인 것처럼 권선들의 개별 전선들(34) 간에 형성된 채널들(32) 내에서 위쪽으로 이동한다. 자성유체흐름은 권선들(18)의 상부에 특수하게 제공된 개구들(33)을 통해 권선들(18) 밖으로 나간다. 권선들 밖으로 나간 후, 자성유체(30)는 그루브들(28) 내에서 아래쪽으로 이동한다. 권선들(18) 내에서, 자성유체(30)는 오믹손실(저항손실)로 인해 권선으로부터 발생하는 열을 흡수한다. 이 열은 물흐름(26)에 의해 외부로부터 냉각되는 하우징(20)의 벽들을 통해 하강하는 자성유체흐름으로부터 제거된다.

본 발명에 따라, 자성유체에 의해 EMS권선들을 냉각하는 방법은, 파워입력의 실질적인 부분이 권선전기저항으로 인해 열을 발생하므로, 고전력장치들에 특히 유용하다. 코일권선들로부터 저항성의 열을 제거하는 것은 EMS를 포함한 임의의 전기장치의 유지동작을 위한 주요한 전제조건이다. 이 발명의 가장 중요한 측면은 전기충전된 권선들과 물 사이의 임의의 직접적인 접촉 없이 열전달이 달성될 수 있다는 것이다.

자성유체는 그 속에 부유되는 초미세자성입자들이 자기장에 의해 자화될 때 액체자석이 되나 자성유체의 유전체매트릭스는 강한 절연성을 제공한다. 주어진 자성유체의 자화는 자성입자들의 농도, 크기 및 자기장강도에 의존한다. 자화는 그 자기장세기의 임의의 레벨에서 포화에 도달한다.

동시에, 자성유체의 자화는 온도에도 의존한다. 유체온도가 상승함에 따라, 자화는 감소하여 큐리온도에서 영이 된다. 자기장강도 및 온도에 대한 이러한 이중적 이존성은 EMS권선들로부터 대류열전달을 용이하게 하는 자성유체의 능력의 기본적인 원인이다. 냉각자성유체는 권선들의 다른 위치들 내와 외부의 자기플럭스밀도의 경사도에 의해 생성된 압력경사도 때문에 권선들의 내부에 끌어당겨진다. 자기압력경사도는 다음의 수학식으로 표현된다.

여기서 ΔP_M은 자기압력경사도, ΔB는 자기플럭스밀도경사도,은 자성유체의 장평균(field-averaged) 자화이다.

자성유체는 낮은 자기압력의 영역에서부터 인력으로서 작용하는 높은 자기압력의 영역까지 권선의 전선들 간에 형성된 채널들 내부를 이동한다.

도 5는 자극에 인접한 권선들의 수직단면으로 자기플럭스밀도분포의 예를 보여준다(단면의 절반만이 도시됨). 보인 바와 같이, 자기플럭스밀도는 영역들(100 내지 102)에서 권선의 세로부의 중간면 쪽으로 증가한다. 동시에, 플럭스밀도는 세로부의 바닥과 상단의 영역(104)에서는 비교적 낮고 이는 자기압력경사를 촉진하고 결과적으로 권선에서의 자성유체흐름을 촉진한다. 자성유체온도는 권선의 상단 쪽으로 이동하는 시간이 경과함에 따라 증가하므로, 자화는 작아지고 유체는 권선들에 더 이상 강하게 끌어당겨지지 않고, 이는 유체흐름이 용이하게 밖으로 나가게 한다. 온도증가에 따른 자성유체 중력밀도의 변화는 자연대류가 자기유도된 대류와 동일한 방향으로 존재하게 한다. 이러한 두 압력경사도들은 권선들을 통한 유체흐름을 용이하게 하고 그것의 비율은 도 6에 보여진다. 도 6에 보인 것처럼, 전류가 증가함에 따라, 압력경사도의 자기 및 중력성분들 둘 다는 증가하지만, 자기압력은 더 큰 비율로 증가하고 전류의 상대적으로 낮은 레벨에서도 자성유체의 운동의 원력(prime force)이 된다. 유체의 총 압력경사도에 대한 자기 및 자연대류들 둘 다의 결합된 효과도 도 6에 보여진다.

권선채널들의 유체압력이 자성유체와 자기장 사이의 자기적 상호작용에 의존하므로, 온도에 따른 자성유체 자화의 감소는 권선 냉각 시의 유체운동과 전체 효율에 대해 이로운 조건들을 제공함에 있어 핵심적인 역할을 담당한다.

그러므로, 권선들의 최대작동온도에 가까운 큐리온도를 갖는 자성유체를 가지는 것이 이롭다. 그 경우의 자성유체의 자기적 성질들은 온도의 상승에 따라 크게 감소하여 유체가 용이하게 밖으로 나가게 한다. 이러한 권선유체는 권선을 통한 흐름, 열제거가 증대되게 하고, 결과적으로 도 7에 예시된 바와 같이 권선온도가 감소되게 한다.

도 7로부터 알 수 있듯이, 327℃(T_C2로 표시됨)의 큐리온도를 갖는 자성유체는 300암페어의 전류입력으로 대략 125℃의 권선온도를 유지할 수 있고, 이 온도는 590℃의 큐리온도(T_C1으로 표시됨)를 갖는 유체로 얻어질 수 있는 온도보다 60℃ 낮다. 위의 근본적인 검토는 본 발명의 다음의 실시예들로 수행된 실험들에 의해 입증되었다.

실시예 1

다른 전류입력들과 자성유체 자화들에서 권선들 내의 온도를 결정하기 위해, 15개의 열전쌍들이 도 8에 보인 것처럼 하나의 권선 속에 삽입되었다. 5개의 열전쌍들로 된 3개의 세트들의 각각은 단면에 중앙에 하나의 열전쌍을 가지며 4개의 열전쌍을 그것의 측면들의 중앙에 가진다. 권선의 단면들은 세로부의 중간높이에 있는 것이 단면 A-A이고 권선들의 바닥 및 상단가로부들에 있는 것들이 도 8의 단면 C-C 및 B-B로 각각 표시되도록 선택되었다.

도 9는 권선의 세로부, 즉 단면 A-A에서 다른 전류입력들 및 자성유체의 자화들로 얻어진 온도들을 보여준다. 도 9에 보인 것처럼, 150과 200가우스의 자화에서는, 권선온도는 200암페어에서 200℃에 도달하였다. 이 실시예에서, 물로써 권선들을 실제로 냉각하는 것과 마찬가지로, 전선은 다층절연물을 가진다. 도 4에 보인 그루브들(28)은 이 시험에서는 더 작다. 이 실시예는 자성유체 포화자화(M)의 150가우스를 초과하는 추가적인 증가는 권선 냉각에 실용적이지 않다는 것을 보여준다.

실시예 2

실시예 1에 따른 시험들의 결과들과 자기압력강하의 분석추정치들의 비교에 의해, 자기대류의 전체 효과는 이용될 수 없다고 결론이 났다.

실시예 2는 자성유체흐름을 증가시키기 위해 그루브들(28)의 단면을 증가시킴으로써 변형되었다. 이 개량의 결과로서, 최고온도들의 상당한 증가가 달성되었고, 이는 250암페어까지 전류가 증가될 수 있게 하였다. 권선 냉각을 더 개선하기 위해, 전선절연물의 두께가 감소되었다.

이 실시예는 실시예 2의 확대된 그루브들(28)과 감소된 두께의 전선절연물들을 포함한다. 이 실시예의 조건들 하의 권선온도들의 실험결과들은 도 10과 도 11에 보여진다. 도 10은 권선의 다른 구역들(단면들)에서 300암페어의 전류입력과 M = 200가우스의 자성유체포화자화(M)로 측정된 온도들을 보여준다.

도 11은 권선(단면 B-B)의 최고기록온도와 전류입력 사이의 관계를 보여준다. 도 10과 도 11의 300암페어에서 볼 수 있듯이, 최고온도는 대략 200℃에 달하였다. 이는 실시예 1과 2로 얻어진 결과들과 물로써 권선을 냉각하는 작업을 넘어서는 현저한 개선이다. 후자의 경우, 전류는 200암페어로 제한된다. 자성유체로써 권선을 냉각할 때의 추가의 개선은 도 7에 보인 것처럼 최대작동온도에 관련하여 큐리온도를 최적화함으로써 얻어질 수 있다. 그러므로, 실시예 3으로부터 얻어진 실험데이터는 분명히 이 발명의 주된 근거를 제공한다. 즉, 자성유체의 자기강제(magnetically forced)대류는 상업적 전자기교반기들의 전자기코일들의 효율적인 냉각을 제공하면서도 코일권선들과 냉각수 간의 직접적인 접촉을 피할 수 있게 한다. 자성유체에 의한 EMS권선 냉각은 냉각시스템을 단순화하며, 그것의 자본 및 작동비들을 줄이고 시스쳄신뢰도를 증대시킨다.

이 개시내용을 요약하면, 본 발명은 전류운반권선들과 냉각수 간의 임의의 직접적인 상호작용을 없앰으로써 전자기코일들을 냉각하는 개선된 방법을 제공한다. 물을 유전성, 자기활성(magneto-active) 콜로이드유체, 즉 자성유체로 대체함으로써, 강한 자기대류흐름이 전자기교반기에 의해 생성된 자기장과의 상호작용으로 인해 권선들 내에 만들어진다. 변형들은 이 발명의 범위 내에서 가능하다.

Claims (9)

1. 액체금속들을 교반하기 위해 사용되는 전자기교반기의 냉각방법에 있어서,

   돌출자극들을 갖는 철요크와 돌출자극들 상에 탑재되며 유전성 자성유체로 채워진 비자성 전도성 하우징에 배치된 전기권선들을 가지는 조립체를 제공하는 단계; 및

   전자기교반기를 작동시켜 권선들 내에 실질적인 자기플럭스밀도경사도들을 갖는 자기장을 생성함으로써 자성유체 속에 권선의 주변부로부터 내부로 향하는 흐름을 만들기에는 적어도 충분한 자기압력을 생성하는 단계를 포함하는 전자기교반기 냉각방법.
2. 제1항에 있어서, 자성유체는 적어도 약 10⁹오옴ㆍ미터의 전기저항률에 상응하는 유전성을 가지는 전자기교반기 냉각방법.
3. 제1항에 있어서, 자성유체는 약 50 내지 약 200가우스 범위의 자화포화와 약 500 내지 약 300℃의 큐리온도를 가지는 전자기교반기 냉각방법.
4. 제1항에 있어서, 하우징들은 비자성 스테인리스강으로 만들어지는 전자기교반기 냉각방법.
5. 제1항에 있어서, 권선봉지물의 내부로부터의 자성유체흐름과 권선봉지물의 외부로부터의 냉각수의 흐름을 용이하게 하도록 그루브들이 권선봉지물의 내벽 및 외벽 둘 다에 제공되는 전자기교반기 냉각방법.
6. 제1항에 있어서, 액체금속은 강철인 전자기교반기 냉각방법.
7. 액체금속을 교반하기 위해 사용되는 전자기교반기의 냉각방법에 있어서,

   유전성 자성유체를 사용하여 전기권선들을 냉각하는 것을 특징으로 하는 전자기교반기 냉각방법.
8. 용융된 금속을 수용하기 위한 축방향 몰드튜브를 갖는 실린더형 하우징;

   몰드튜브로부터 이격되고 냉각수흐름채널을 규정하는 내벽;

   상기 내벽을 둘러싸고 상기 내벽 및 외벽으로부터 이격되어 있는 전자기교반조립체로서, 요크, 복수개의 자극들 및 자극들의 각각에 탑재된 전기권선들을 구비하며, 상기 복수개의 자극들 및 상기 자극들에 탑재된 상기 전기권선들은 유전성 자성유체로 채워진 봉지형 비자성 열전도성 하우징들 내에 위치되는 전자기교반조립체;

   상기 원통형 하우징을 상기 봉지형 비자성 열전도성 하우징들이 위치된 큰 하부챔버와, 작은 상부챔버로 분리하는 환형 벽으로서, 상기 내벽은 상기 하부챔버의 하단과는 유체흐름적으로 통해 있는 상기 냉각수흐름채널로의 입구와 상기 상부챔버의 상단과 유체흐름적으로 통해 있는 상기 냉각수흐름채널로부터의 출구를 규정하고 있는 환형 벽; 및

   상기 하부챔버와 상단과 유체흐름적으로 통해 있는 냉각수입구와 상기 상부챔버와 유체흐름적으로 통해 있는 냉각수출구를 포함하는 전자기교반기.
9. 제8항에 있어서, 상기 하우징들에서, 그루브들이 하우징들 내의 자성유체의 흐름을 용이하게 하도록 하우징의 앞과 뒤의 벽들의 내면에 제공되는 전자기교반기.