KR20230042349A - 용융염 핵 원자로용 캔형 회전동력 유동 기계 및 용융염 핵 원자로용 유동 기계에 사용하기 위한 능동 자기 베어링 - Google Patents

용융염 핵 원자로용 캔형 회전동력 유동 기계 및 용융염 핵 원자로용 유동 기계에 사용하기 위한 능동 자기 베어링 Download PDF

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아슬락 스텁스가르드
토마스 잼 페데르센
토마스 스틴베르그
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코펜하겐 아토믹스 에이/에스
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Abstract

용융염 핵 원자로의 용융염과 같은 작동 유체로 작동하도록 구성되고, 작동 유체를 위한 유입구(4) 및 유출구(5)를 갖는, 볼류트(3)에 배치된 임펠러(6), 고정자(10) 및 회전자(8)를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기, 상기 회전자(8)가 배치된 작동 유체 영역을 상기 고정자(10)를 담는 건조 영역으로부터 분리하는 캔(18)을 포함하는, 캔형 회전동력 유동 기계(1). 회전자(8)는 임펠러(6)에 작동가능하게 결합된다. 고정자(10)는 회전자(8)를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함한다. 고정자 권선은 고정자(10)에 배치된 슬롯(11)에 분포된다. 슬롯 내부의 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(12)에 의해 형성된다. 고정자(110, 210) 및 회전자(108, 208)를 포함하는 용융염 핵 원자로용 캔형 회전동력 유동 기계에 사용하기 위한 능동 자기 베어링. 상기 고정자(108, 208)는 회전자(108, 208)를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함한다. 상기 고정자 권선은 고정자에 배치된 하나 이상의 슬롯에 분포된다. 상기 하나 이상의 슬롯 내부의 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바에 의해 형성된다.

Description

용융염 핵 원자로용 캔형 회전동력 유동 기계 및 용융염 핵 원자로용 유동 기계에 사용하기 위한 능동 자기 베어링
본 개시는 용융염(molten salt), 커버 가스, 또는 용융염 핵 원자로의 다른 고온 유체와 같은 작동 유체로 작동하기 위한 캔형(canned) 회전동력 유동 기계 및 용융염, 커버 가스, 또는 용융염 핵 원자로의 다른 고온 유체와 같은 작동 유체(working fluid)로 작동하기 위한 유동 기계에 사용하기 위한 능동 자기 베어링(active magnetic bearing)에 관한 것이다.
용융염 원자로(molten salt reactor; MSR)는, 융점(melting point)이 약 ~500 °C이고, 약 ~600 내지 700 °C의 온도에서 작동하고, 끓는점이 상기 융점 초과인 ~1000 °C인, 핵 원자로 냉각수 및/또는 핵연료가 용융염, 일반적으로 불화물(fluoride) 또는 염화물 염(chloride salt)인 핵 원자로이다. 이러한 유형의 원자로의 많은 장점 중 하나는 용융염이 대기압에서 또는 대기압 가까이에서 여전히 작동하면서 매우 높은 온도에서 열 전달 매체로 사용될 수 있다는 것이다. '코어'와 열교환기 사이의 루프에서 용융염을 펌핑하여 이러한 원자로에서 열이 추출될 수 있고, 원자로 동력은 열 교환기 전체의 온도 강하와 유량에 정비례한다. 따라서, 700 °C의 용융염을 펌핑할 수 있는, 높은 처리량의, 오래 지속되는, 낮은 유지비의, 그리고 신뢰성 있는 펌프가 요구된다. 용융 불화물 및 염화물 염의 부식성으로 인해, 그들의 작동에는 불활성 격납(containment) 분위기가 필요하며, 또한 용융염 또는 용융염 증기가 환경으로 빠져 나가서는 안되므로 용융염 원자로 펌프가 완전히 누출이 방지되어야 하는 엄격한 요건이 요구된다. 용융염의 공격적인 특성인 온도와 조합된 높은 방사선 수준이 이와 작업하기에 적절한 재료가 거의 없게 하기 때문에 이는 심각한 기술적 문제를 제기한다. 예를 들어, 영구 자석은 펌프를 구동하는 전기 모터에 사용할 수 없는데, 이러한 유형의 자석은 전술한 작동 온도에 도달하기 훨씬 전에 비가역적으로 그의 자성을 잃기 시작하기 때문이다. 또 다른 예는 펌프에 자주 적용되고, 용융염 원자로용 펌프가 적용되고 일반적으로 정적 시일(seal) 또는 용접 이음부보다 훨씬 덜 신뢰성있는 온도 범위 및 공격적인 환경에 사용할 수 없는 동적 시일이다.
용융염 원자로는 1970 년대까지 지속되는 연구 프로그램과 전세계의 다른 소규모 프로그램과 함께 1950 년대와 1960 년대에 오크 리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory; ORNL)에서 개발 및 운영되었다. ORNL은 다수의 펌프 설계, 주로 모터를 더 낮은 온도 및 방사 수준으로 유지하기 위해 펌프 및 모터가 긴 축에 의해 연결되는, '캔틸레버(cantilever) 펌프'를 연구했다.
ORNL은 수년 동안 '용융염 원자로 실험'이라고 불리는 용융염 원자로를 운영했으며 이 설계의 펌프는 오일 윤활 베어링이 있는 캔틸레버 펌프 유형의 펌프였다. 이 펌프에는 오일이 연료 염으로 누출되는 등의 몇 가지 문제가 있었다.
다른 공지된 용융염 펌프는 열 전달 매체로서 용융염이 또한 사용되는 집광형 태양열 발전(CSP) 시스템에서도 사용되지만, 사용되는 염(질산염)은 상업용 용융염 원자로(불화물 또는 염화물 염)에서 사용되는 것과는 다른 종류이다. 질산염은 부식성이 적고 용융염 원자로 연료와 달리, 이 염은 방사성이거나 위험하지 않다. 따라서, 공지된 질산염 펌프는 단순한 동적 축 시일(dynamic shaft seal)을 갖는 캔틸레버 펌프이다. 이들은 널리 사용되고 상업적으로 이용 가능하지만 누출 방지에 대한 요구 사항이 낮다.
용융염 원자로 펌프와 관련된 과제 중 하나는, 고정자(stator) 권선이 전형적으로 절연 와이어로 구성되며 예를 들어 용융염 원자로의 용융염을 처리할 때 전술한 작동 온도 및 조건을 처리할 수 있는 고정자 권선 와이어에 적절한 절연 재료가 없다는 것이다.
또 다른 과제는 공지된 전기 모터 및 발전기가 용융염 원자로의 높은 작동 온도에서 작동할 수 없기 때문에, 전기 모터 또는 발전기 장치 및 연결 축이 전형적인 용융염 원자로의 매체의 작동 온도보다 낮게 냉각되어야 하며, 이로 인해 염 증기가 동적 시일, 전기 모터 또는 발전기 내의 차가운 표면에 증착되고, 이로 인해 장비의 수명주기가 단축되고 작동 문제 또는 방사성 재료의 방출 위험이 증가한다는 것이다.
또 다른 과제는 공지된 베어링이 용융염 원자로의 높은 작동 온도에서 만족스럽게 작동하지 않기 때문에 전기 모터 또는 발전기 장치 및 연결 축이 전형적인 용융염 원자로의 매체의 작동 온도보다 낮게 냉각되어야 하며, 이로 인해 염 증기가 동적 시일, 전기 모터 또는 발전기 내의 차가운 표면에 증착되고, 이로 인해 장비의 수명주기가 단축되고 작동 문제 또는 방사성 재료의 방출 위험이 증가한다는 것이다.
본 개시의 하나의 목적은 전술한 문제점 중 하나 이상을 극복하거나 적어도 감소시키는 유동 기계를 제공하는 것이다.
전술한 목적 및 다른 목적들은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 추가의 구현 형태는 종속 청구항, 발명의 설명 및 도면으로부터 명백하다.
제1 양태에 따르면, 용융염, 커버 가스, 또는 용융염 핵 원자로의 다른 고온 유체와 같은 작동 유체로 작동하도록 구성된 캔형 회전동력 유동 기계(rotodynamic flow machine)가 제공되며, 상기 캔형 회전동력 유동 기계는,
볼류트(volute)에 배치된 임펠러,
작동 유체를 위한 유입구 및 작동 유체를 위한 유출구를 갖는 볼류트(volute),
고정자 및 회전자를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기,
회전자가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 고정자를 담은 건조 영역으로부터 작동 유체 영역을 분리하는 캔, 특히, 격납 쉘(shell),
임펠러에 작동가능하게 결합되는 상기 회전자,
회전자를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 고정자,
고정자에 배치된 슬롯에 분포되는 고정자 권선을 포함하고,
슬롯 내부의 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바, 바람직하게는 고형 구리 바에 의해 형성되고, 여기서 각각의 고형 바는 슬롯을 통해 최대 한 번 연장되며, 고형 바는 고정자로부터 하나 이상의 전기 전도성 고형 바를 전기적으로 절연하기 위한 하나 이상의 스페이서에 의해 슬롯 내부에 위치된다.
고정자 권선에 전기 전도성 고형 바를 사용함으로써, 유동 기계의 생산/조립 중 균열을 피하기 위해 유연해야 하고 높은 작동 온도를 견딜 수 있어야 하는 절연 재료의 필요 없이 고정자 권선을 그 주변과 전기적으로 절연하는 것이 가능해진다. 또한, 고정자 권선에 고형 바를 사용함으로써, 필요한 작동 토크를 생성/필요한 에너지(발전기-유체 모터)를 생성(모터-펌프)하기 위해 더 낮은 전압과 더 높은 전류를 사용하는 것이 가능해진다. 고형 바는 일반 권선 와이어와 동일한 고정자 슬롯 충전율에 대해 와이어와 고정자 사이의 더 큰 거리를 허용하여, 와이어 주위에 더 두꺼운 전기 절연을 위한 공간을 생성하고, 서로에 대한 또는 고정자 또는 고정자 캔에 대한 권선의 전기 단락을 위해 필요한 돌파 전압(breakthrough voltage)을 증가시킨다. 용융염 원자로에 존재하는 높은 방사성 환경은 권선 사이 및 또는 권선과 고정자 사이에 존재하는 임의의 유체 또는 고체를 이온화하고 돌파 전압을 낮추어 전기적 절연에 대한 요구 사항을 증가시키는 역할을 할 것이다. 따라서, 고형 바는 전기적 절연을 더 쉽게 만들고 더 높은 기계적 안정성을 제공하며 전기적 아크 가능성을 줄여 장치의 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 초래한다. 고정자 권선과 적절한 절연에 고형 바를 사용함으로써, 용융염 원자로의 작동 조건에서 모터/발전기를 작동하는 것이 가능해진다.
캔형 회전동력 유동 기계를 사용함으로써, 전혀 사용될 수 없거나 상대적으로 짧은 서비스 수명을 갖는 경향이 있는 동적 시일의 필요를 제거하고 누출 가능성을 크게 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 고형 고정자 바를 갖는 캔형 회전동력 유동 기계를 사용함으로써, 모터/발전기가 작동 유체에 의해 냉각될 수 있으므로, 기계를 현저히 단순화할 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에 따르면, 유동 기계는 유도 또는 자기저항 모터에 의해 구동되는 회전동력 펌프를 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에 따르면, 유동 기계는 유도 또는 자기저항 발전기를 구동하는 회전동력 유압 모터를 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에 따르면, 단일 슬롯 내부의 고정자 권선은 17개 미만의 고형 바, 바람직하게는 13개 미만의 고형 바, 더욱 더 바람직하게는 9개 미만의 고형 바를 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 관련된 슬롯에서 최소한 그 범위에서 프리즘형(prismatic) 고형 바이다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯 및 고형 바는 고정자에서 직선을 따라 연장된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 각각의 고형 바는 주어진 슬롯을 통해 최대 한 번 연장된다.
두꺼운 고형 바를 사용함으로써, 바가 고정자 코어 내에 이를 위치시키기 위해 구부러질 필요가 없고 예를 들어 힘이나 값비싼 장비를 사용하여 이를 고정자 슬롯에 가압할 필요가 없기 때문에 예를 들어 헤어핀 코일과 관련된 문제를 극복하는 것이 가능해진다.
또한, 주어진 슬롯을 한 번만 통과하는 두꺼운 고형 바를 사용함으로써, 스페이서, 바람직하게는 세라믹 스페이서를 사용하여 고정자 슬롯에 고정자 코일을 조립하고, 고정자 바를 해당 슬롯에 적층하고, 그 후에 고정자 바를 다른 고정자 바 또는 전기 단자에 전기적으로 연결하는 것이 가능해진다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바의 단부는 바람직하게는 전기 커넥터에 의해, 동일한 슬롯 또는 다른 슬롯 내의 다른 고형 바, 또는 전기 단자에 해당 슬롯 외부의 위치에서 전기적으로 연결된다.
고형 바의 단부를 예를 들어 다른 고형 바 또는 전기 커넥터 또는 단자에 연결함으로써, 고정자의 조립 동안 고형 바를 이의 각각의 슬롯에 하나씩 삽입하는 것이 가능해지고, 이에 따라 고형 바의 단부가 전기적으로 연결되어, 조립 공정을 실질적으로 용이하게 한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 하나 이상의 전기적 절연 스페이서, 바람직하게는 세라믹 스페이서에 의해 슬롯 내부에 위치된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 하나 이상의 스페이서에 의해 슬롯 내부에 위치되고, 스페이서는 바람직하게는 전기적 절연이거나 낮은 전기 전도성을 가지며, 스페이서는 세라믹 스페이서인 것이 바람직하다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 슬롯의 벽 및/또는 해당 슬롯 내의 다른 고형 바로부터 고형 바를 이격시키도록 구성된다.
전기적 절연 스페이서를 사용하면 고정자 코어 내에서 고형 바를 제자리에 고정할 수 있을 뿐만 아니라 고형 바가 서로 또는 고정자의 벽에 닿지 않도록 하여 전기 단락 및/또는 아크 등을 방지할 수 있다.
제1 형태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 내화(refractory) 시멘트에 의해 형성되며, 바람직하게는 상기 내화 시멘트는 슬롯 내에 고형 바를 위치시킨 후에 도포된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 국부적으로 고형 바를 지지하고, 여기서 스페이서는 해당 슬롯 내의 고형 바의 길이를 따라 축방향으로 이격된 2개 이상의 위치에 제공된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 전기적 절연 재료에 매립됨으로써 슬롯 내부에 위치하며, 상기 절연 재료는 바람직하게는 내화 시멘트이다.
개별 바를 절연하여 이를 서로에 대해 그리고 고정자 코어의 벽과 이격시킴으로써, 시스템의 신뢰성과 안정성이 크게 증가된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 각 슬롯은 단일 고형 바를 담으며, 단일 고형 바는 바람직하게는 스페이서로서 작용하는 전기적 절연 재료에 매립된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 다각형 단면 형상, 바람직하게는 직사각형 단면 형상을 가지고, 상기 다각형 단면 형상의 모서리는 둥근 것이 바람직하다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 원형 또는 타원형 또는 둥근 단면 형상을 갖는다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 적어도 16 mm2, 바람직하게는 적어도 13 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱더 바람직하게는 적어도 7 mm2, 가장 바람직하게는 적어도 5 mm2의 단면적을 갖는다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 모터 또는 발전기가 작동 중일 때 발생되는 전자기력의 영향 하에서 그 형상을 유지하기에 충분히 강성이며, 이들이 수용되는 슬롯의 벽과 접촉하지 않고, 고정자의 모터 캔 벽과 접촉하지 않고, 다른 고형 바와 접촉하지 않고, 고형 바는 스페이서에 의해서만 슬롯에서 지지된다.
예를 들어 구부릴 수 있는 와이어 대신 고형 바를 사용함으로써, 고형 바의 원래 모양을 실질적으로 유지하는 것이 가능해져서, 전자기, 기계적 및 열적 응력에도 불구하고 고형 바와 고정자 및/또는 캔 사이의 접촉을 피하는 것이 가능해진다. 또한, 높은 충전율 및 우수한 전기 효율을 유지하면서 일반적인 권선 와이어에 비해 도체 간격을 실질적으로 증가시킬 수 있으며, 또한 각 개별 도체 사이 및 도체와 고정자 사이에 전기적 절연 기계적 스페이서를 사용하는 것이 가능해진다.
격납 쉘과 캔 사이에 간극(clearance)이 형성되는 작동 유체로부터 회전자를 보호하기 위해 고정자는 바람직하게는 격납 쉘에 담긴다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고정자와 캔 사이에 간극이 형성되고, 캔형 회전동력 유동 기계는 바람직하게는 간극을 통해 작동 유체가 흐르게 하도록 구성된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기는 간극 내의 작동 유체의 흐름에 의해 냉각되도록 구성된다.
작동 유체가 간극을 통해 흐르도록 함으로써, 캔형 회전동력 유동 기계를 동시에 냉각할 수 있을 뿐만 아니라, 베어링을 윤활할 수도 있게 된다. 이를 통해 다른 유형의 제안되고 시험된 용융염 펌프에 필요한 오일 윤활유와 같은 윤활유를 제거하여, 회전동력 기계의 작동을 보다 안정적으로 만들고 오일 윤활유의 필요를 제거하여, 작동 유체 내로의 오일 누출의 위험이 제거된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 하나 이상의 채널을 통한 작동 유체의 흐름을 허용하기 위한 간극에 유체적으로 연결된 하나 이상의 축방향 관통 채널을 갖는다.
제1 형태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 중공축 상에 설치되고, 중공축은 루멘을 가지며, 여기서 루멘(lumen)은 간극에 유체적으로 연결되고, 루멘으로부터 유입구로의 작동 유체의 흐름을 허용한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 캔형 회전동력 유동 기계는 500 °C 초과의 온도를 갖는 작동 유체로 작동되도록 구성된다.
용융염 작동 유체의 온도와 일치하는 캔형 회전동력 유동 기계를 위한 500 °C 초과의 작동 온도를 가짐으로써, 증착을 위한 차가운 표면이 없기 때문에 작동 유체의 염은 침전되지 않을 것이다; 이는 회전동력 유동 기계의 수명주기를 연장하고 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 가능하게 한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 모터 또는 발전기는 헤어핀의 각 바가 슬롯 중 하나를 통해서만 연장되는 헤어핀 모터 또는 발전기이다. 고형 바는 헤어핀 권선의 절반에 대응하는 것으로 간주될 수 있다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 바는 스페이서 또는 내화 시멘트에 의해 캔형 회전동력 유동 기계의 다른 요소로부터 이격됨으로써만 절연되고, 여기서 고형 바는 바람직하게는 스페이서 및 전기 커넥터 또는 단자와만 접촉한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고정자의 원주 방향으로의 슬롯의 폭은 단일 고형 바에 대한 공간을 제공한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 절연 재료로 둘러싸여 있지 않다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯 내의 고형 바는 방사상으로 적층된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 캔형 회전동력 유동 기계는 캔형 회전동력 펌프 또는 압축기이고 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기는 유도 또는 자기저항 모터이다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 캔형 회전동력 유동 기계는 캔형 회전동력 모터이고, 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기는 유도 또는 자기저항 발전기이다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯은 고정자 내에 방사상으로 분포되고, 바람직하게는 고정자 내에 방사상으로 균등하게 분포된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯의 종방향 범위는 축방향으로 배치되고, 바람직하게는 슬롯이 고정자의 축 범위를 통해 완전히 연장된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯은 고정자의 내부 원주 표면에 방사상으로 개방된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는, 회전자와 일제히 회전하고 작동 유체로부터 회전자의 재료를 분리하는 쉘에 적어도 부분적으로 감싸진다.
회전자를 쉘로 감쌈으로써, 회전자를 작동 유체에서 분리하여 캔형 회전동력 유동 기계의 내구성과 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 쉘은 얇은 벽 파이프에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 얇은 벽 파이프는 바람직하게는 스테인리스 강 또는 예를 들어 하스텔로이-N(Hastelloy-N)과 같은 고 니켈 강 합금으로 제조된다.
스테인리스 강 또는 니켈 강 합금을 사용함으로써, 캔형 회전동력 유동 기계의 내식성을 높일 수 있으며, 저렴하고 쉽게 구할 수 있으므로 캔형 회전동력 유동 기계의 조립 및 설치 비용이 절감된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 자기 전도성 플레이트의 스택을 포함하고, 전기 전도성 고형 회전자 바는 회전자 내부에 방사상으로 분포된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 회전자 내부에 방사상으로 분포된 공극을 갖는 자기 전도성 플레이트의 스택을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 냉각 매체가 바를 통해 흐르게 하는 종방향 루멘을 갖는다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 다수의 종방향으로 연장되는 필라멘트 또는 스트립, 바람직하게는 함께 결합된 구리 필라멘트 또는 스트립, 예를 들어 저전도성 합금 또는 세라믹 결합제와의 경납땜(brazing)에 의해 함께 결합된 필라멘트 또는 스트립에 의해 형성된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 캔형 회전동력 유동 기계는 축을 지지하는 하나 이상의 능동 자기 베어링을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자는 회전자를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하고, 상기 고정자 권선은 고정자에 배치된 하나 이상의 슬롯에 분포되고, 하나 이상의 슬롯 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바, 바람직하게는 구리 고형 바에 의해 형성된다.
제2 양태에 따르면, 고정자 및 회전자를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기가 제공되며, 상기 고정자는 회전자를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하고, 상기 고정자 권선은 고정자에 배치된 슬롯에 분포되고, 슬롯 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바, 바람직하게는 구리 고형 바에 의해 형성된다.
제3 양태에 따르면, 용융염 핵 원자로의 용융염 루프가 제공되며, 상기 용융염 루프는 용융염을 펌핑하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프는,
볼류트에 배치된 임펠러, 작동 유체를 위한 유입구와 작동 유체를 위한 유출구를 갖는 볼류트, 고정자 및 회전자를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기, 캔형 펌프를 형성하기 위해 회전자가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 고정자를 담은 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는, 캔, 특히 격납 쉘, 임펠러에 작동가능하게 결합되는 회전자, 회전자를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 고정자, 고정자 내에 배치된 슬롯에 분포되는 고정자 권선을 포함하고, 상기 슬롯 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바, 바람직하게는 구리 고형 바에 의해 형성된다.
제4 양태에 따르면, 바람직하게는 용융염 루프에서, 더욱 바람직하게는 용융염 핵 원자로의 용융염 루프에서, 400 °C 이상, 바람직하게는 500 °C 초과, 더욱 더 바람직하게는 600 °C를 초과하는 온도를 갖는 용융염을 펌핑하기 위한 캔형 펌프의 용도가 제공된다.
제5 양태에 따르면, 400 °C 초과, 바람직하게는 500 °C 초과 및 더욱 바람직하게는 600 °C를 초과하는 온도를 갖는 환경에서 작동하도록 구성된 능동 자기 베어링이 제공되며, 상기 능동 자기 베어링은,
고정자 및 회전자,
상기 회전자를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 고정자,
고정자 권선에 대한 전류 공급을 제어도록 구성된 제어기와 통신하는 회전자의 위치를 검출하기 위한 수단,
상기 고정자에 배치된 하나 이상의 슬롯에 분포되는 고정자 권선을 포함하고,
상기 하나 이상의 슬롯 내부의 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바, 바람직하게는 구리 고형 바에 의해 형성되고, 상기 고형 바는 고정자로부터 상기 하나 이상의 전기 전도성 고형 바를 전기적으로 절연하기 위한 하나 이상의 스페이서에 의해 슬롯 내부에 위치된다.
고정자 권선에 전기 전도성 고형 바를 사용함으로써, 유동 기계의 생산/조립 중 균열을 피하기 위해 유연해야 하고, 높은 작동 온도를 견딜 수 있어야 하는 절연 재료의 필요 없이 고정자 권선을 그 주변과 전기적으로 절연하는 것이 가능해진다. 또한, 고정자 권선에 고형 바를 사용함으로써, 더 낮은 전압과 더 높은 전류를 사용하여 필요한 작동 토크를 생성/필요한 에너지(발전기-유체 모터)를 생성(모터-펌프)하는 것이 가능해진다. 고형 바는 일반 권선 와이어와 동일한 고정자 슬롯 충전율을 위해 와이어와 고정자 사이의 더 큰 거리를 허용하여, 와이어 주위에 더 두꺼운 전기적 절연을 위한 공간을 생성하고, 서로에 대한 또는 고정자 또는 고정자 캔에 대한 권선의 전기 단락에 필요한 돌파 전압을 증가시킨다. 용융염 원자로에 존재하는 높은 방사성 환경은 권선 사이 및 또는 권선과 고정자 사이에 존재하는 임의의 유체 또는 고체를 이온화하고 돌파 전압을 낮추어 전기적 절연에 대한 요구 사항을 증가시키는 역할을 할 것이다. 따라서, 고형 바는 전기적 절연을 더 쉽게 만들고 더 높은 기계적 안정성을 제공하며 전기 아크 가능성을 줄여 장치의 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 초래한다. 고정자 권선과 적절한 절연에 고형 바를 사용함으로써, 용융염 원자로의 작동 조건에서 모터/발전기를 작동하는 것이 가능해진다.
제5 양태의 가능한 구현 형태에 따르면, 단일 슬롯 내부의 고정자 권선은 17개 미만의 고형 바, 바람직하게는 13개 미만의 고형 바, 더욱 더 바람직하게는 9개 미만의 고형 바를 포함한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 관련된 슬롯에서 최소한 그 범위에서 프리즘형 고형 바이다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 방사상 베어링이고, 슬롯 및 고형 바는 고정자에서 직선을 따라 연장된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 축방향 베어링이고, 슬롯은 원주 방향으로 연장되는 슬롯이고, 고형 바는 고정자의 원주 방향으로 연장되는 슬롯 내부로 연장된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 각각의 고형 바는 주어진 슬롯을 통해 최대 한 번 연장된다.
두꺼운 고형 바를 사용함으로써, 바가 고정자 코어 내에 이를 배치하기 위해 구부러질 필요가 없고 이는 예를 들어 힘이나 값비싼 장비를 사용하여 고정자 슬롯에 가압될 필요가 없기 때문에, 예를 들어 헤어핀 코일과 관련된 문제를 극복하는 것이 가능해진다.
또한, 주어진 슬롯을 통해 한 번만 통과하는 두꺼운 고형 바를 사용함으로써, 스페이서, 바람직하게는 세라믹 스페이서를 사용하여 고정자 슬롯에서 고정자 코일을 조립하고, 고정자 바를 해당 슬롯에 적층하고, 그 후에 고정자 바를 다른 고정자 바 또는 전기 단자에 전기적으로 연결하는 것이 가능해진다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바의 단부는 바람직하게는 전기 커넥터에 의해, 동일한 슬롯 또는 다른 슬롯 내의 다른 고형 바에, 또는 전기 단자에 해당 슬롯 외부의 위치에서 전기적으로 연결된다.
고형 바의 단부를 예를 들어 다른 고형 바 또는 전기 커넥터 또는 단자에 연결함으로써, 고정자의 조립 동안 고형 바를 이의 각각의 슬롯에 하나씩 삽입하는 것이 가능해지고, 이에 따라 고형 바의 단부가 전기적으로 연결되어, 조립 공정을 실질적으로 용이하게 한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 전기적 절연성이거나 낮은 전기 전도성을 가지며, 스페이서는 바람직하게는 세라믹 스페이서이다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 슬롯의 벽 및/또는 해당 슬롯 내의 다른 고형 바로부터 고형 바를 이격시키도록 구성된다.
전기적 절연 스페이서를 사용함으로써, 고정자 코어 내에서 고형 바를 제자리에 고정할 수 있을 뿐만 아니라 고형 바가 서로에 대해 또는 고정자의 벽에 닿지 않도록 보장하여 예를 들어 전기 단락 및/또는 아크가 발생하는 것을 방지한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 내화 시멘트에 의해 형성되며, 내화 시멘트는 바람직하게는 슬롯 내에 고형 바를 위치시킨 후에 도포된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 스페이서는 국부적으로 고형 바를 지지하고, 여기서 스페이서는 해당 슬롯 내의 고형 바의 길이를 따라 축방향으로 이격된 2개 이상의 위치에 제공된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 전기적 절연 재료에 매립됨으로써 슬롯 내부에 위치하며, 절연 재료는 내화 시멘트인 것이 바람직하다.
개별 막대를 절연하여 이를 서로에 대해 그리고 고정자 코어의 벽과 이격시킴으로써, 시스템의 신뢰성과 안정성이 크게 증가된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 각 슬롯은 단일 고형 바를 담으며, 상기 단일 고형 바는 바람직하게는 스페이서로서 작용하는 전기적 절연 재료 내에 매립된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 다각형 단면 형상, 바람직하게는 직사각형 단면 형상을 갖고, 상기 다각형 단면 형상의 모서리는 바람직하게는 둥글다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 원형 또는 타원형 또는 둥근 단면 형상을 갖는다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 적어도 16 mm2, 바람직하게는 적어도 13 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱더 바람직하게는 적어도 7 mm2, 가장 바람직하게는 적어도 5 mm2의 단면적을 갖는다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 모터 또는 발전기가 작동 중일 때 발생되는 전자기력의 영향 하에서 그 형상을 유지하기에 충분히 강성이며, 이들이 수용되는 슬롯의 벽과 접촉하지 않고, 고정자의 모터 캔 벽과 접촉하지 않고, 다른 고형 바와 접촉하지 않고, 고형 바는 스페이서에 의해서만 슬롯에서 지지된다.
예를 들어 구부릴 수 있는 와이어 대신 고형 바를 사용함으로써, 고형 바의 원래 형상을 실질적으로 유지하는 것이 가능해져서, 전자기, 기계적 및 열적 응력에도 불구하고 고형 바와 고정자 및/또는 캔 사이의 접촉을 피할 수 있다. 또한, 높은 충전율 및 우수한 전기 효율을 유지하면서 일반적인 권선 와이어의 도체 간격보다 도체 간격을 실질적으로 증가시킬 수 있으며, 또한 각 개별 도체 사이 및 도체와 고정자 사이에 전기적 절연 기계적 스페이서를 사용하는 것이 가능해진다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 헤어핀의 각 바가 주어진 슬롯을 통해 최대 한 번 연장되는 헤어핀 능동 자기 베어링이다.
회전자는 바람직하게는 작동 유체로부터 회전자를 보호하기 위해 격납 쉘에 담기고, 격납 쉘과 고정자를 작동 유체로부터 분리하는 캔 사이에 간극이 형성된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자와 캔 사이에 간극이 형성된다.
제1 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 간극에서 작동 유체의 흐름에 의해 냉각되도록 구성된다.
작동 유체가 간극을 통해 흐르게 함으로써, 능동 자기 베어링을 동시에 냉각하는 것이 가능해진다. 이를 통해 다른 유형의 제안된 베어링에 필요한 오일 윤활유와 같은 윤활유를 제거하는 것이 가능해져서, 능동 자기 베어링의 작동을 보다 안정적으로 만들고 오일 윤활유의 필요를 제거하여 작동 유체 내로의 오일 누출 가능성이 제거된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 하나 이상의 채널을 통한 작동 유체의 흐름을 허용하기 위한 간극에 유체적으로 연결된 하나 이상의 축방향 관통 채널을 갖는다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 중공축에 설치되고, 중공축은 루멘을 가지며, 여기서 루멘은 간극에 유체적으로 연결되어 루멘으로부터 유입구로의 작동 유체의 흐름을 허용한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 능동 자기 베어링은 500 °C 초과의 온도를 갖는 작동 유체로 작동되도록 구성된다.
용융염 작동 유체의 온도와 일치하는, 능동 자기 베어링를 위한 500 °C 초과의 작동 온도를 가짐으로써, 증착을 위한 차가운 표면이 없기 때문에 작동 유체로부터의 염이 침전되지 않을 것이다; 이는 선택된 자기 베어링의 수명주기를 연장하고 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 가능하게 한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 바는 능동 자기 베어링 시멘트의 다른 요소로부터 이격됨으로써만 절연되고, 여기서 고형 바는 바람직하게는 스페이서 및 전기 커넥터 또는 단자와만 접촉한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고정자의 원주 방향의 슬롯의 폭은 단일 고형 바에 대한 공간을 제공한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 바는 절연 재료로 둘러싸여 있지 않다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯 내의 고형 바는 방사상으로 적층된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯은 고정자 내에 방사상으로 분포되고, 바람직하게는 고정자 내에 방사상으로 균등하게 분포된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯의 종방향 범위는 축방향으로 배치되며, 바람직하게는 슬롯이 고정자의 축 범위를 통해 완전히 연장된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 슬롯은 고정자의 내부 원주 표면에 방사상으로 개방된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는, 회전자와 일제히 회전하고 작동 유체로부터 회전자의 재료를 분리하는 쉘로 적어도 부분적으로 감싸진다.
회전자를 쉘로 감쌈으로써, 회전자를 작동 유체에서 분리하여 능동 자기 베어링의 내구성과 신뢰성을 높이는 것이 가능해진다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 쉘은 얇은 벽 파이프에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 얇은 벽 파이프는 바람직하게는 스테인리스 강 또는 예를 들어 하스텔로이-N과 같은 고 니켈 강 합금으로 제조된다.
스테인리스 강 또는 니켈 강 합금을 사용함으로써, 캔형 회전동력 유동 기계의 내식성을 높일 수 있으며 저렴하고 쉽게 구할 수 있으므로 캔형 회전동력 유동 기계의 조립 및 설치 비용이 절감된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 회전자는 자기 전도성 플레이트의 스택을 포함한다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 고정자 바는 냉각 매체가 바를 통해 흐르게 하는 종방향 루멘을 갖는다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 고형 고정자 바는 함께 접합된 다수의 종방향으로 연장된 필라멘트 또는 스트립, 바람직하게는 구리 필라멘트 또는 스트립, 예를 들어 저전도성 합금 또는 세라믹 결합제와의 경납땜에 의해 함께 결합된 필라멘트 또는 스트립에 의해 형성된다.
제5 양태의 가능한 구현예에 따르면, 임의의 가능한 구현예에 따른 능동 자기 베어링은 캔형 유동 기계에서 사용하도록 구성되고, 능동 자기 베어링은 작동 유체 영역에 배치된 로터와 함께 고정자를 담는 건조 영역으로부터 작동 유체 영역을 분리하는 캔, 특히 격납 쉘을 포함하고, 회전자는 바람직하게는 작동 유체로부터 회전자를 보호하기 위해 격납 쉘에 담긴다.
캔형 회전동력 유동 기계에 능동 자기 베어링을 사용함으로써, 전혀 사용할 수 없거나 상대적으로 짧은 서비스 수명을 갖는 경향이 있는 동적 시일의 필요를 제거하고 누출 가능성을 크게 줄이는 것이 가능해진다. 또한, 능동 자기 베어링을 사용함으로써, 회전동력 유동 기계가 높은 rpm에서 사용될 수 있으며, 이는 예를 들어 압축성 작동 유체의 압축기로서 사용되는 북부 동적 함수(northern dynamic function)에 유용하다.
제6 양태에 따르면, 용융염 핵 원자로용 용융염 루프가 제공되며, 상기 용융염 루프는 용융염을 펌핑하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프는,
축, 바람직하게는 루멘을 갖는 중공축 상의 임펠러로서, 볼류트에 배치된 임펠러,
작동 유체를 위한 유입구 및 작동 유체를 위한 유출구를 갖는 볼류트,
상기 축 상에 고정자 및 회전자를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터,
캔형 펌프를 형성하기 위해 상기 회전자가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 상기 고정자를 담은 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는 캔, 특히, 격납 쉘,
상기 축에 의해 상기 임펠러에 작동가능하게 결합되는 회전자,
회전형 및/또는 선형 능동 전자기 베어링에 의해 현가된(suspended) 축을 포함한다.
제7 양태에 따르면, 캔형 용융염 펌프, 바람직하게는 용융염 루프 내의 캔형 용융염 펌프, 더욱 바람직하게는 용융염 핵 원자로의 용융염 루프 내의 캔형 용융염 펌프에서 축을 현가시키기 위한 선형 또는 회전형 능동 전자기 베어링의 용도가 제공된다.
이들 및 다른 양태들은 이하에서 기술되는 실시예들로부터 명확해질 것이다.
본 개시내용의 하기의 상세 부분에서, 양태, 실시예 및 구현예는 하기 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 일 실시예에 따른 유동 기계의 개략적 대표도이고;
도 2는 도 1에 도시된 유동 기계의 상면도(elevated view)이고;
도 3은 도 1에 도시된 유동 기계의 단면도이고;
도 4는 IV - IV' 선에 따라 도 1에 도시된 유동 기계의 단면이고;
도 5는 V - V' 선에 따라 도 1에 도시된 유동 기계의 단면도이고;
도 6은 도 1에 도시된 유동 기계의 설정된 고정자 권선 바의 상면도이고;
도 7은 도 1에 도시된 유동 기계의 설정된 고정자 권선 바의 측면도이고;
도 8은 도 7에 도시된 설정된 고정자 권선 바의 평면도이고;
도 9는 도 7에 도시된 설정된 고정자 권선 바의 다른 측면도이고;
도 10은 X-X' 선을 따라 도 1에 도시된 유동 기계의 단면도이고;
도 11은 도 1에 도시된 유동 기계의 고정자 코어 및 고정자 권선 바의 평면도이고;
도 12는 도 1에 도시된 유동 기계의 고정자 슬롯에 고정자 권선 바의 배치 및 고정자 코어의 상면도이고;
도 13은 도 1에 도시된 유동 기계의 고정자 및 회전자의 상면도이고;
도 14는 도 1에 도시된 유동 기계의 고정자 바의 상세 측면도이고;
도 15a 내지 도 15d는 각각 도 6 내지 도 9 및 도 12에 도시된 스페이서들의 가능한 구성의 상면도 및 평면도이고;
도 16a 내지 도 16c는 도 1에 도시된 유동 기계의 회전자 부품의 상면도이고;
도 17은 용융염 원자로 그 위치에서 유동 기계의 일 실시예의 개략적 대표도이고;
도 18a는 능동 자기 베어링을 구비한 유동 기계의 일 실시예의 단면도이고;
도 18b는 도 18a에 도시된 유동 기계의 능동 축형 자기 베어링의 고정자의 상면도이고;
도 18c는 도 18a에 도시된 유동 기계의 능동 축형 자기 베어링의 고형 고정자 바의 상면도이고;
도 18d는 도 18a에 도시된 유동 기계의 상면도이고, 도 19는 도 18의 XX-XX' 선을 따라 도시된 유동 기계와 함께 사용될 수 있는 자기 베어링의 고정자 코어 및 고정자 권선 바의 측면도이고;
도 20은 도 18에 도시된 자기 베어링의 고정자 코어 및 고정자 권선의 단면 측면도이고;
도 21은 도 18에 도시된 자기 베어링의 고정자 코어 및 고정자 권선 바 및 전기 단자의 가능한 구성의 상면도이며;
도 22는 도 18에 도시된 고정자 코어, 고정자 권선 바, 및 자기 베어링의 전기 커넥터의 평면도이다.
회전동력 유동 기계(1)의 일 실시예가 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된다. 회전동력 유동 기계(1)는 캔형 회전동력 펌프 또는 압축기 및 유도 또는 자기저항(reluctance) 모터를 포함한다. 대안적으로, 캔형 회전동력 유동 기계는 캔형 회전동력 모터 및 유도 또는 자기저항 발전기를 포함한다.
하기의 설명에서, 회전동력 유쳬 기계(1)는 회전동력 펌프가 전기 모터에 의해 구동되는 일 실시예를 참조하여 기술된다. 그러나, 다른 실시예에서 기계는 유체 모터에 의해 구동되는 전기 발전기로 구성될 수 있음이 이해된다. 따라서, 회전동력 펌프는 유도 또는 자기저항 모터에 의해 구동될 수 있거나, 회전동력 유체 모터는 유도 또는 자기저항 발전기를 구동할 수 있다. 일 실시예에서, 모터-발전기 체제는 가역적이므로, 기계는 유체 모터가 발전기를 구동하는 작동 모드 및 전기 모터가 펌프 또는 압축기를 구동하는 다른 작동 모드를 갖는다. 하기 실시예에서, 유동 기계는 펌프를 구동하는 전기 모터를 참조하여 기술되지만, 기술된 해결책 및 원리는 또한 기계가 유체 모터에 의해 구동되는 발전기인 상황에도 적용되는 것으로 이해된다.
회전동력 펌프(1)는 승온, 예를 들어 400 °C 초과, 바람직하게는 500 °C 초과, 더욱 바람직하게는 600 °C 초과에서 작동하도록 구성된다.
도 17에 도시된 바와 같은 일반적인 용융염 핵 원자로(40) 설정에는, 다수의 원심 유동 기계(1)가 존재한다. 각각의 유동 기계(1)는 원자로 코어(41)를 냉각시키기 위한 열교환기(42) 및/또는 냉각제 루프(44 또는 45)에 연결된다. 연료염 루프(43)는 핵반응을 구동하고 제어하기 위한 연료염을 제공한다; 또한, 열교환기(42)는 원자로 냉각제 루프(44) 및 2차 냉각제 루프(45)를 통해 1차 및 2차 원자로 냉각제를 제공한다. 용융염의 흐름을 순환시키고 구동하기 위해, 회전동력 유동 기계(1)가 사용된다.
본 실시예에서, 회전동력 기계(1)는 유체 유입구(4) 및 유체 유출구(5)를 갖는 볼류트(3)를 포함하는 회전동력 펌프(1)이다. 임펠러(6)는 볼류트(3)의 내부에 배치되고, 볼류트(3)와 함께 핵 원자로의 용융염 또는 다른 고온의 유체를 펌핑하기 위한 원심 펌프, 또는 용융염 핵 원자로의 커버 가스 또는 다른 고온 가스를 압축하기 위한 압축기를 형성한다. 또한, 임펠러(6)는 축(7) 및 회전자(8) 조립체에 연결되고, 회전자(8)는 고정자(10)에 수용된다.
바람직하게는, 임펠러(6)는 임펠러 조립체의 안정성을 돕기 위해 원추형 전면 및 후면을 갖는 "폐쇄형 임펠러(closed impeller)"로서, 용융염 필름에 의해 윤활된 '저널 베어링(journal bearing)'으로서 작동한다.
회전동력 펌프(1)는 하우징(2)에 부착되는 볼류트(3) 내에 위치된 임펠러(6)를 구동하는 전기 유도 또는 자기저항 모터를 위한 하우징(2)을 포함한다. 임펠러(6)는 개방 또는 폐쇄형 임펠러일 수 있고, 회전자(8)/임펠러(6) 조립체의 안정성을 돕기 위해 원추형 전면 및 후면을 가질 수 있다.
전기 단자(21)는 하우징(2)의 내측으로부터 하우징(2) 내의 개구부를 통해 하우징(2)의 외측까지 연장된다. 개구부에는 전기적 절연체(24, 25), 바람직하게는 고온 환경에서의 작동에 적절한 세라믹 절연체(24, 25) 또는 다른 절연체(24, 25)가 제공된다.
축(7)은 회전자(8)/임펠러(6) 조립체를 연결한다. 축(7)은 일 실시예에서 루멘(22)을 갖는 중공축으로서, 축(7)에서 루멘(22)을 통한 작동 유체의 흐름을 허용한다. 축은 회전가능하게 현가되고, 임펠러 측의 제1 롤러 베어링(15) 및 회전동력 펌프(1)의 다른 측의 제2 롤러 베어링(16)에 의해 하우징(2/볼류트(6)로부터 축방향 및 방사상으로 모두 지지된다.
회전자(8)는 캔형 회전자이고, 얇은 벽의 캔(18) 내에 위치되어, 회전자(8)를 포함하는 작동 유체 영역을 고정자(10)를 포함하는 건조 영역으로부터 분리한다. 회전자(8)는 작동 유체가 용융염인 경우 회전자(8)의 구리 또는 철 원소의 부식을 야기할 수 있으므로 작동 유체로부터 분리된다.
따라서, 얇은 벽의 격납 쉘(17)로 회전자를 감쌈으로써, 회전자(8)와 캔(18) 사이에 간극(20)이 형성된다. 작동 유체는 간극(20)를 통해 흐르도록 허용된다. 쉘(17)은 회전자(8)와 일제히 회전하고, 회전자(8)의 재료를 작동 유체로부터 분리한다. 쉘(17)은 스테인리스 강 또는 하스텔로이-N과 같은 고 니켈 강 합금으로 제조된 얇은 벽 파이프에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
간극(20)은 축(7)의 루멘(22)에 유체적으로 연결되어, 임펠러(6)로부터 간극(20)으로, 그리고 간극(20)으로부터 루멘(22)을 통해 다시 유입구(4)(임펠러(6)의 "눈")로 작동 유체의 우회(bypass) 흐름을 허용한다. 일 실시예에서 회전자(미도시)에는 간극(22)을 유입구(4)에 다시 연결하기 위한 채널이 제공된다.
임펠러 측에서, 간극(20)은 볼류트(3)의 방사상 외측 영역, 즉 고압 영역에 연결된다. 임펠러 측에서, 루멘(22)은 볼류트(6)의 중심("임펠러의 눈"), 즉 저압 영역에 연결된다. 압력 차는 고압 영역으로부터 간극(20) 및 루멘(22)을 통해 저압 영역으로의 작동 유체의 우회적으로 흐르도록 한다. 간극(20) 및 루멘(22)을 통한 작동 유체의 결과적인 흐름은 열을 흡수하고(유도 또는 자기저항 모터를 냉각시킴) 유도 또는 자기저항 모터로부터 열을 멀리 전달한다. 동시에, 작동 유체는 제1 및 제2 롤러 베어링(15, 16)을 윤활한다. 축(7)의 루멘(22)에 진입할 때, 작동 유체는 임펠러(6) 조립체의 유입구(4) 쪽으로 힘을 받는다. 간극(20), 중공축(7) 및 임펠러(6)의 유입구(4) 사이의 연결은 작동 유체의 연속적인 흐름을 허용하여, 유도 또는 자기저항 모터의 계속적인 냉각뿐만 아니라 제1 및 제2 롤러 베어링(15, 16)의 계속적인 윤활을 야기한다.
임펠러(6) / 회전자(8) 조립체는 기계적 베어링(15, 16), 바람직하게는 롤러 베어링 또는 양쪽 단부의 플레인 베어링에 의해 지지된다. 베어링(15, 16)은 축방향 및 방사상 지지 모두, 앵귤러 콘택트 베어링, 저널 베어링, 틸팅-패드 유체 베어링, 또는 다른 유형의 종래의 베어링을 제공하는 깊은 홈 볼 베어링일 수 있다. 베어링(15, 16)은 예를 들어 스테인리스 강 또는 다른 내식성 강 또는 니켈 합금(예를 들어, 니켈 합금, 예를 들어, 하스텔로이-N) 또는 내식성 강 또는 니켈 합금 상에 코팅된 탄화물 경질 금속으로 제조될 수 있거나, 세라믹 베어링(예를 들어, 탄화규소(SiC) 또는 질화규소(Si3N4))일 수 있다.
제1 및 제2 롤러 베어링(15, 16)은 모두 방사상 및 축방향(추력(thrust)) 베어링으로서 기능한다. 다른 실시예에서, 도 18 내지 도 22에 도시된 회전동력 유동 기계(1)에는 축(7)에 축방향 및 방사상 지지를 제공하기 위해 전자기 현가(suspension)를 사용하는, 고온에 적절한 재료로 제조된 능동 자기 베어링이 구비된다. 다른 실시예에서(미도시) 제1- 및 제2 롤러 베어링(15, 16)은 작동 유체에 의해 윤활된 플레인 베어링으로 대체되고, 방사상 및 축방향(추력) 베어링으로서 기능된다.
임펠러(6)를 구동하는 전기 모터는 고정자(10) 및 회전자(8)를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터이다. 회전자(8)는 축(7)에 의해 임펠러(6)에 결합된다. 일 실시예에서, 전기 모터는 비동기 유도 모터이다.
(도 16a-16c에 도시된 바와 같은) 회전자(8)는 제자리에 주조된 전도성 구리 농형(14)에 의해 둘러싸인 라미네이트 철 코어(28)를 갖는 농형 회전자일 수 있다. 전도성 구리 회전자 바(14)는 약간 비뚤어져서 회전자(8)의 "농형"을 형성할 수 있다. 회전자(8)의 단부 링(30, 31)은 구리의 고형 디스크/실린더(30, 31)로 제조될 수 있다.
철이나 구리는 용융 불화물 및 염화물 염과 화학적으로 호환되지 않으며, 용융염은 전기 전도성이기 때문에 철 및 구리는 또한 적용된 전압으로 인해 갈바닉 부식 및 전기분해를 겪을 것이다. 따라서, 고정자(10) 및 회전자(8) 모두는 염 매체로부터 기계적으로 분리되었다. 스테인리스 강(316L)은 염분에 대한 우수한 내식성을 가지며, 저렴하고, 쉽게 입수할 수 있으며, 따라서 대부분의 유동 기계(1)는 스테인리스 강(316L)으로 제조되고, 회전자(8) 및 고정자(10)를 작동 매체로부터 각각 분리하는 얇은 벽의 캔(18) 및 얇은 벽의 쉘(17)을 포함한다.
고정자(10)는 고정자 코어(26)의 내부 부분 내에 형성된 슬롯(11)을 갖는 중공 원통형 고정자 코어(26)를 포함한다. 바람직하게는, 슬롯(11)은 고정자 위에 원주 방향으로 균등하게 분포된다. 본 실시예에서 슬롯(11)은 고정자(10)의 방사상 내측으로 개방되고 고정자 코어(26)의 전체 축 길이에 대해 연장된다.
고정자 권선(12)이 용융염, 예컨대 용융 불화물 또는 염화물 염 환경에서 인가된 전압으로 인해 갈바닉 부식 및 전기분해를 겪을 수 있기 때문에, 고정자 권선(12)이 작동 유체 영역으로부터 기계적으로 분리되어야 하기 때문에 고정자(10)는 건조 영역에 위치된다.
고정자(10)는 고형 고정자 바(12), 바람직하게는 회전자(8)를 관통하여 회전자(8)를 회전시키는 자기장을 발생시키는 고형 구리 바(12)로 제조되는, 고정자 권선(12)을 포함한다. 고형 고정자 바(12)는 구리 또는 구리 합금으로 제조되는 것이 바람직한데, 그 이유는 이러한 재료가 우수한 전기 도체이고 최대 800 °C의 작동 온도에서 이의 전기 특성을 유지하기 때문이다.
고형 고정자 바(12)는 본 실시예에서 (스페이서(13)에서 적어도 부분적으로 감싸지는 것은 제외하고) 임의의 형태의 전기적 절연 재료로도 감싸지지 않는다.
고정자 권선(12)은 고정자(10) 코어에 배치된 슬롯(11)에 분포된다. 고형 바(12)는 슬롯(11) 내에 위치되고, 고정자(10) 내에서 직선을 따라 연장된다. 주어진 슬롯(11)을 한 번만 통과하는 두꺼운 고형 바(12)를 사용함으로써, (동일하거나 다른 슬롯(11) 내에서) 다른 고정자 바(12) 또는 전기 단자(21)에 전기 연결이 이루어져야 해서, 고정자(10)의 보다 쉬운 운반 및 설치가 가능하다. 고형 바(12)는 슬롯(11)에 방사상으로 적층된 것으로 도시되어 있지만, 고형 바(12)는 또한 원주 방향으로(더 넓은) 슬롯(11)에 나란히 배치될 수 있는 것으로 이해된다. 바람직하게는 고형 고정자 바(12)는 슬롯(11)에 방사상으로 균등하게 분포된다.
바람직하게는, 고형 고정자 바(12)는 각각의 슬롯(11)에 방사상으로 적층된다. 일 실시예에서(미도시) 더 넓은 슬롯(11)은 고정자 바(12)의 여러 방사상 스택을 담는다.
스페이서(13)는 각각의 슬롯(11) 내에서 서로 이격된 그들의 지정된 위치에 고형 바(12)를 위치시키고, 고정하고, 이격시켜, 고형 바(12)가 스페이서(13), 전기 커넥터(9) 및 단자(21)와만 물리적으로 접촉될 수 있게 한다. 스페이서(13)는 전기적 절연이거나 높은 전기 저항을 갖는다.
스페이서(13)는 일 실시예에서 비전기 전도성 세라믹 재료(예를 들어, 산화알루미늄(알루미나) 또는 탄화규소(SiC))로 제조된다. 일 실시예에서, 스페이서(13)는 유리와 같은 석영계 재료로부터 제조된다. 일 실시예에서, 스페이서(13)는 편조 석영 섬유 재료를 포함한다. 스페이서(13)에 대한 다른 적절한 재료는 반도체, 예컨대 게르마늄, 규소, 갈륨 비소, 갈륨 포스파이드, 및 카드뮴 설파이드이다.
스페이서(13)는 고정자 바(12)가 해당 슬롯(11) 내로 적층될 수 있게 한다. 스페이서(13)는 또한 내화 시멘트로부터 형성될 수 있으며, 이는 슬롯(11) 내에 고형 바(12)를 위치시키기 전 또는 후에 적용될 수 있다. 해당 슬롯(11) 내의 고형 바(12)의 길이를 따라 2개 이상의 축 이격된 위치에 2개 이상의 스페이서(13)가 있을 수 있으며, 예를 들어 도 6은 고형 바(12)의 길이를 따라 각각의 축 이격된 위치에서 5개의 스페이서의 사용을 도시한다. 바람직하게는, 스페이서(13)는 고형 바(12)를 완전히 감싸지는 않는다.
스페이서(13)는 도 15a 내지 도 15d에 도시된 바와 같이 U자형 또는 H자형 클립처럼 형성된다. U자형 스페이서(13)는 슬롯(11)의 "상단" 및 "하단"(각각 슬롯(11)의 방사상 외측 및 내측 경계)에 사용되며, 해당 슬롯(11)의 하단 및 상단(캔(18)에 의해 형성된 슬롯의 "상단")으로부터 관련된 고형 바(12)를 이격시키고, 슬롯의 측벽 및 H자형 스페이서는 고형 바들(12) 사이에 사용되고, 고형 바(12)를 서로에 대해 그리고 해당 슬롯(11)의 측벽으로부터 이격시킨다.
도 6에서 가장 잘 나타나는 바와 같이, 스페이서(13)는 이것이 해당 고형 바(12)에 대한 국부적 지지를 제공하는 축 이격된 위치들에 제공된다. 고형 바(12)가 상대적으로 뻣뻣하다는 사실 때문에, 심지어 유도 또는 자기저항 모터의 자기장에 의해 고형 바(12)에 힘이 가해지는 경우에도, 인접하는 고형 바들(12) 사이에 어떠한 물리적 접촉도 없을 것이며, 고형 바(12)와 해당 슬롯(11)을 규정하는 벽 사이에 어떠한 접촉도 없을 것이다.
도 14 및 도 15a 내지 도 15d에 도시된 바와 같이, 고형 바(12)는 2개 이상의 축방향 이격된 위치들에서 횡단 홈들(32)을 가지며, 이는 U- 또는 H-자형 스페이서(13)의 내측에 배치된 돌출부(리지(ridge))(33)를 수용하도록 구성된다. 이는 슬롯(11) 내의 고정자 바(12)의 구성을 도울 뿐만 아니라, 스페이서(13)가 고형 바(12)의 길이를 따라 축방향으로 이동하는 것을 방지한다. 결과적으로 스페이서(13)는 고형 바(12)의 홈(32)에 수용되는 그의 내부 표면을 따라 대향하는 단부에 형성된 내부 리지(33)를 갖는다. 바람직하게는, 리지(33)의 높이는 홈(32)의 깊이에 대응한다.
대안적으로, 고형 바(12)는 전기적 절연 재료, 예를 들어 내화 시멘트에 매립될 수 있다.
고정자 바(12)는 용융염 원자로 또는 W 또는 Cu-Ni 합금과 같은 다른 고온 응용분야에 사용하기에 요구되는 적절하게 높은 융점 및 강도를 갖는 구리 또는 다른 고전도성 재료로부터 제조되는 것이 바람직하다. 고형 바(12)에 대한 전기적 연결부는 일 실시예에서, 예를 들어 융점이 Cu보다 낮은 Cu-Ag 공융 금속 경납땜 화합물로 경납땜되지만, Ag는 경납땜에 사용될 수 있는 대부분의 다른 금속과 달리 고정자 바(12)의 전도성에 영향을 미치는 불순물을 도입하지 않는다.
도시된 실시예에서, 고형 바(12)는 둥근 모서리를 갖는 실질적으로 정사각형 단면 형상을 갖는다. 그러나, 고형 바(12)는 다각형 단면 형상, 직사각형 단면 형상, 또는 원형 또는 타원형 또는 둥근 단면 형상과 같은 다른 적절한 단면 형상을 가질 수 있는 것으로 이해된다. 직사각형 단면은 고정자(10) 내의 고형 바(12)의 단면적의 높은 비율을 허용하여, 고정자 권선의 전도성을 증가시키고, 충전율을 증가시키며, 모터 동력 및 효율을 향상시킨다.
고형 바(12)는, 해당 슬롯(11)에서 적어도 그 범위에서, 프리즘형 고형 바(12)일 수 있고, 즉 바의 단면 형상은 그 길이를 따라 모두 동일할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 고형 바(12)는 주어진 슬롯(11)을 통해 최대 한 번 연장된다.
각각의 슬롯(11)은 내부에 위치된 하나 이상의 고형 바(12)를 갖는다. 바람직하게는, 단일 슬롯(11)에 17개 미만의 고형 바(12), 보다 바람직하게는 13개 미만의 고형 바(12) 또는 더욱 더 바람직하게는 9개 미만의 고형 바가 존재한다. 슬롯(11)의 종방향 범위는 예를 들어 도 11 및 도 12에 부분적으로 도시된 바와 같이, 고정자 코어(26)의 전체 축 범위를 통해 완전히 연장될 수 있다. 슬롯(11)은 고정자 코어(26)의 내부 원주 표면으로 방사상으로 개방되고, 따라서 바(12)가 고정자 코어(26)의 내부 부분에 적층될 수 있게 한다.
고형 바(12)의 단면적은 일 실시예에서 적어도 16 mm2, 바람직하게는 적어도 13 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱더 바람직하게는 적어도 7 mm2, 가장 바람직하게는 적어도 5 mm2이다.
고형 바(12)에 충분한 강성을 제공하기 위해서는 특정 단면적 및 형상이 요구되며, 이에 따라 고형 바(12)가 유도 또는 자기저항 모터의 동작 동안 발생되는 자기장의 영향에 대해 구부러지더라도 서로 접촉하거나 이것이 수용되는 슬롯의 벽에 접촉하지 않는다. 예를 들어 고정자 권선용 와이어 대신에 고형 바(12)를 사용함으로써, 고형 바(12)는 모터 또는 발전기가 작동될 때 발생되는 자기력의 영향 하에서 그 형상을 유지하기에 충분한 강성을 가져서, 고형 바(12)가 스페이서(13)에 의해 오직 국부적으로 지지되고 축방향으로 이격된다 하더라도, 인접한 고형 바(12) 사이 및 고형 바(12)와 이것이 수용되는 슬롯(11) 사이에 접촉이 없도록 보장한다. 고형 바(12)는 오직 스페이서(13)에 의해 슬롯(11)에서 지지된다. 도시된 실시예에서, 원주 방향의 슬롯(11)은 단일 고형 바(12)를 위한 공간을 제공하기 위한 폭을 갖지만, 더 넓은 슬롯(11)에 2개 이상의 고형 바(12)를 나란히 갖는 구성도 또한 가능한 것으로 이해된다.
바람직하게는 고형 고정자 바(12)는 슬롯(11) 내의 고형 고정자 바(12)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 프리즘형이고 슬롯(11)의 양 축방향 단부로부터 돌출된다. 작은 홈(32)은 슬롯(11) 내의 고형 고정자 바(12)의 길이를 따라 형성될 수 있으며, 이 홈(32)은 스페이서(13)가 고형 고정자 바(12)에 고정되고 스페이서(13)가 축방향으로 변위되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 일 실시예에서, 슬롯(11)에는 스페이서가 슬롯(11)에 대해 축방향으로 고정될 수 있도록 하는 대응하는 홈(31)이 제공되므로, 고정자 바(12) 내의 홈(32)과 슬롯(11) 내의 홈(31)의 조합은 고정자(10)에 대해 고정자 바(12)의 위치를 축방향으로 고정한다.
바람직하게는, 단일 고정자 바(12)는 주어진 슬롯(11)을 통해 단 한 번만 연장된다. 고정자(10)로부터 돌출된 고정자 바(12)의 단부는 필요에 따라 직선이거나 구부러질 수 있고, 동일한 슬롯(11) 내의 다른 고형 고정자 바(12) 또는 다른 슬롯(11) 또는 전기 단자(21) 중 하나에 있는 다른 고형 고정자 바(12)에 전기적으로 연결된다.
고정자 바(12)는 전기 커넥터(9)에 의해 서로 또는 전기 단자(들)(21)에 전기적으로 연결된다. 고정자 바(12)는 전기 커넥터 또는 전기 단자(21)에 용접, 경납땜 또는 납땜될 수 있거나, 바(12)를 서로 또는 전기 단자(21)에 전기적으로 연결하기 위한 임의의 다른 적절한 수단을 사용하여 연결될 수 있다.
바람직하게는, 전기 커넥터(9)는 고형 고정자 바(12)의 단부에, 즉 조립 후에 연결된다.
유도 또는 자기저항 모터는 고정자(10)의 내부에 회전가능하게 위치된 회전자(8)를 포함한다. 여기서, 고정자(10)는 모터의 형상에 대응하는 원통형으로 다수의 강판이 적층되는 방식으로 형성될 수 있다. 고정자(10)는 고정자(11)의 축방향으로 연장되는 슬롯(11)을 갖는 고정자 코어(26)를 포함한다. 고정자 권선은 슬롯(11)을 통해 축방향으로 연장되는 고형 고정자 바(12)에 의해 형성된다.
또한, 회전자(8)는 고정자(10)에 대응하도록 다수의 강판이 원통형으로 적층되는 방식으로 형성될 수 있으며, 고정자(10)의 중공에 삽입될 수 있다. 회전자(8)는 회전자 권선을 형성하는 복수의 전기 전도성 회전자 바(14)를 갖는 회전자 코어를 포함할 수 있다. 회전자 바(14)는 원주 방향으로 분포되고, 바람직하게는 원주 방향으로 고르게 분포되고, 회전자(8)에서 실질적으로 축방향으로 연장된다. 따라서, 회전자(8)는 일 실시예에서 회전자 내부에 방사상으로 분포된 전기 전도성 고형 회전자 바(14)를 갖는 자기 전도성 플레이트의 스택을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 회전자(8)는 회전자(8) 내부에 방사상으로 분포된 공극을 갖는 자기 전도성 플레이트의 스택을 포함한다.
도 18a, 18b, 18c, 및 도 18d 내지 도 22는 회전동력 유동 기계(1)의 다른 실시예를 도시하지만, 축(7)을 회전가능하게 지지하기 위해 사용되는 능동 자기 베어링(AMB)을 갖는다. 본 실시예에서, 본원에서 이전에 기술되거나 도시된, 대응하는 구조 및 특징과 동일하거나 유사한 구조 및 특징은 간략화를 위해 이전에 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시된다.
회전동력 유동 기계(1)의 본 실시예에 3개의 AMB가 제공된다: 하부 방사상 AMB(115), 상부 방사상 AMB(116), 및 축방향 AMB(216). 하부 방사상 AMB(115) 및 상부 방사상 AMB(116)는 방사상 하중-베어링이며, 각각 고정자(110) 및 회전자(108)를 포함한다. 고정자(110)는 고정자 바(112)를 포함하고, 고정자는 작동 유체의 통과를 허용하는 간극(20)을 갖는 회전자(108) 주위에 끼워진다. 고정자(110)는 하우징(2)에 고정되고, 회전자(108)는 축(7)에 설치된다. AMB(115, 116)은, 회전자(8)의 축(7)을 중앙에 유지하도록 구성되고, 고정자 고형 바(112)는 필요한 자기력을 생성하기 위한 전류를 전도한다. 축방향 하중 베어링(AMB)(216)은 디스크형 회전자(208)의 각 측에 배치된 고정자(210)를 갖는 디스크형 회전자(208)를 포함하고, 상기 고정자(210)의 각 측에는 원주방향으로 연장된 고형 고정자 바(212)가 구비된다. 고정자 바(212)는 고정자(210) 내의 대응하는 슬롯(211)에서 실질적으로 원주방향으로 연장되며, 스페이서(213)에 의해 서로 그리고 슬롯(211)으로부터 분리된다. 모든 고정자 바(212)의 단부는 고정자(210)로부터 고정자(210) 내의 슬롯(211)의 대응하는 부분을 통해 방사상으로 연장되어 단자(221)를 형성한다. 고정자 바(212)의 방사상으로 연장되는 단부는 스페이서(213)에 의해 이격된다.
고정자(210)와 회전자(208) 사이의 간극(20)은 작동 유체의 통과를 허용한다. AMB(216)는 축(7)을 축방향으로 제자리에 유지하도록 구성된다. 축(7)은 회전가능하게 현가되고, 회전자(108, 208)에 각각 자기적으로 작용하는, 하부 방사상 AMB 코일(115), 상부 방사상 AMB 코일(116) 및 축방향 AMB 코일(216)에 의해 하우징(2)/볼류트(3)로부터 축방향 및 방사상으로 모두 지지된다.
하부 방사상 위치 센서(201)는 하부 방사상 AMB(115)와 임펠러(6) 사이에 위치되고, 상부 축 위치 센서(202)는 상부 방사상 AMB(116)와 축방향 AMB(216) 사이에 위치된다. 하부 및 상부 방사상 위치 센서(201, 202)는 회전자(108)의 위치를 축방향 및 방사상으로 모두 검출하도록 구성되고, 그에 따라 AMB(115, 116, 216) 내의 고정자 바를 통해 전력 증폭기(미도시)에 의해 전송되는 전류를 조정하도록 구성된 제어기(미도시)에 신호를 전송하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 작동 방사상 및 축방향 AMB 코일은 각각 자체 감지로 지칭되는 방사상 및 축방향 회전자 위치를 검출하는 데 사용되며, 전용 위치 센서에 대한 필요를 제거한다.
AMB는 기존 볼 베어링보다 비쌀 수 있지만, 예를 들어 윤활될 필요가 없고 고온 사용 및 높은 회전 속도를 허용한다는 여러 기술적 이점을 제공한다. 또한, 기계적 마모가 없기 때문에, AMB는 기존 베어링보다 유지 보수 비용이 더 낮고 수명이 더 길다.
축방향 AMB(216)는 회전자(208)의 양축 측면에 디스크형 회전자(208) 및 고정자(210)를 포함하고, 각 측은 대응하여 원주방향으로 연장되는 슬롯(211)에서 고형 고정자 바(212)를 포함하고 원주방향으로 연장한다. 방사상 AMB는 회전자(108), 고정자(110) 및 고형 고정자 바(112)를 포함한다. 방사상 및 축방향 베어링 모두에 대한 AMB 회전자(108, 208)는 일 실시예에서 가공된 철 또는 적층된 실리카 철 적층판의 고형 블록이지만, 더 우수한 고온 성능을 허용하는 철보다 우수한 자기 투과성, 높은 자기 포화 및 더 높은 퀴리 온도를 갖는 코발트 및 코발트 합금과 같은, 다른 적절한 재료가 사용될 수 있는 것으로 이해된다. AMB 회전자 부품은 중량을 감소시키기 위해 중앙 근처에 구멍을 가질 수 있다(미도시).
일 실시예에서, AMB는 영구 자석 없이, 즉 전자석만을 사용하여 구성된다. 공지된 영구 자석은 본 AMB가 설계된 높은 작동 온도에서 그의 자성을 잃는다. 또한, 영구 자석은 그의 퀴리 온도가 초과되면 그의 자화를 회복하지 않으며 일반적으로 영구 자석이 그의 자화를 잃기 시작하는 '최대 작동 온도'가 훨씬 낮다. 따라서, 영구 자석을 사용하지 않음으로써, 능동 자기 베어링은 영구 자기 베어링보다 고온에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 능동 자기 베어링은 400 °C 초과, 바람직하게는 500 °C 초과, 더욱 바람직하게는 600 °C를 초과하는 온도에서 작동하도록 구성된다.
리테이너 베어링(15, 16)은 본 실시예에서 추가적인 볼 베어링이며, 이는 정상 작동 중에 회전자(8)와 (또는 적어도 실질적으로) 접촉하지 않고 어떠한 하중도 받지 않는다. AMB의 오작동, 과부하 또는 운전정지의 경우, 이는 회전자(8)가 정지할 때까지 또는 AMB가 회전자(8)의 제어를 회복할 때까지 회전하는 회전자(8)가 고정자(10)와 접촉하지 못하게 한다.
(예를 들어, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같은) AMB의 회전자(108)/고정자(110) 조립체는 고정자 코어(126)의 내부 부분 내에 형성된 슬롯(111)을 갖는 고정자 중공 원통형 코어(126)를 포함한다. 고정자(110)는 고형 고정자 바(112), 바람직하게는 고형 구리 바(112)에 의해 형성된 고정자 권선(112)을 포함한다. 도 1 내지 도 16의 실시예에서 도시된 바와 같이, 고형 고정자 바(112)는 전기 커넥터(109)를 통해 서로 연결되거나 전기 단자(121)에 연결될 수 있으며, 스페이서(13)에 의해 슬롯으로부터 이격될 수 있다.
간극(20)은 고정자(110)와 방사상 자기 베어링의 회전자(108) 사이에 연장된다. 간극(20)은 또한 고정자(210)와 축방향 자기 베어링의 회전자(208) 사이에 연장되어, 작동 유체가 유동 기계(1)의 전체 축 길이를 통과할 수 있게 한다.
여기서, 캔(18)은 방사상 자기 베어링 모두의 고정자(110) 내부로 연장된다. 캔(18)은 또한 축방향 자기 베어링 내로 연장되고, 두 경우 모두 고정자(110, 210)를 작동 유체로부터 분리한다.
방사상 자기 베어링의 회전자(108) 및 축방향 자기 베어링의 회전자(208)는, 일 실시예에서 특히 작동 유체가 회전자(108, 109)를 손상시킬 수 있는 공격적인 유체인 경우에, 작동 유체로부터 회전자(108, 208)를 보호하기 위한 얇은 벽의 격납 쉘(117, 217)에 의해 둘러싸인다. 쉘들(117, 217)은 각각 회전자(108, 208)와 일제히 회전하고, 회전자(108, 208)의 재료를 작동 유체로부터 분리한다. 쉘(117, 217)은 스테인리스 강 또는 하스텔로이-N과 같은 고 니켈 강 합금으로 제조된 얇은 벽 파이프에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
능동 자기 베어링은 전자기 현가를 사용하여 각각 방사상 및 축방향 하중을 지지한다. AMB 베어링 시스템은 독립적으로 작동되는 여러 개의 구동 코일로 구성된다. 각 코일은 전류가 공급될 때 자기장을 생성하고, 이는 코일을 둘러싸고 있는 강자성 고정자 및 회전자 재료를 자화시켜 고정자와 회전자 사이에 인력을 생성한다.
각 고정자 바는 고정자 바에 전류를 공급하는 전력 증폭기에 연결된다. 제어 장치에 관련 전자 장치가 있는 제어기 및 위치 센서(갭 센서)는 갭 내에서 회전자의 위치를 제어하는 데 필요한 피드백을 제공한다. 전력 증폭기는 회전자의 반대측에 있는 두 쌍의 전자석에 동일한 바이어스 전류를 공급한다. 이러한 끊임없는 줄다리기는 제어기에 의해 매개되며, 상기 제어기는 회전자가 그 중심 위치에서 벗어날 때 전류의 동일하고 반대되는 섭동에 의해 바이어스 전류를 상쇄시킨다.
일 실시예에서, 전력 증폭기는 펄스 폭 변조 구성에서 작동하는 고형 상태 장치이다. 제어기는 일 실시예에서 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서이다.
위에서 설명된 것과 동일한 구조가 전기 발전기를 구동하는 유체 모터에 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 본원에 이전에 기술되거나 도시된 대응하는 구조 및 특징과 동일하거나 유사한 구조 및 특징은 간략화를 위해 이전에 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시된다.
임펠러(6)는 전술한 것 즉, 앞서 표시된 유입구(3)(이 경우에 유입구(3)가 유출구로서 작동하고 유출구(4)가 작동 유체를 위한 유입구로서 작동함)와 반대 방향으로 볼류트(3)를 통과하는 유체의 가압된 흐름에 의해 구동된다. 작동 유체는 유출구(4)(여기서는 유입구)를 통해 임펠러(6)로 들어가고, 중공축의 루멘(22)을 통해 위쪽으로 힘을 받는다. 작동 유체는 간극(20)으로 들어가고, 작동 유체가 회전동력 유동 기계(1)를 빠져나가는 유입구(3)(여기서는 유출구)로 들어가기 위해 아래쪽으로 밀린다.
본 실시예에서, 전기 모터는 외부 회로에서 사용하기 위한 전력을 생성하기 위한 전기 발전기로서 작동된다.
일 실시예(미도시)에서, 고정자 슬롯(11)은 단일의 고형 고정자 바(12)만을 담는다. 본 실시예에서, 고형 고정자 바(12)는 전술한 스페이서(13), 내화 시멘트 또는 고정자 바(12)와 해당 슬롯(11) 사이의 공간을 채우는 다른 적절한 전기적 절연 재료로 매립됨으로써 전기적으로 절연된다.
일 실시예에서(미도시), 상기 고형 바(12)는 냉각 매체가 바(12)를 통해 흐르게 하는 종방향 루멘을 갖는다. 이 냉각 매체는 고형 고정자 바(12)에 추가적인 능동/강제 냉각을 제공하기 위해 사용되는 전용 냉각 매체이다. 본 실시예는 대형 전기 모터 또는 발전기에 특히 유용하다.
일 실시예에서(미도시) 상기 고형 바(12)는 다수의 종방향으로 연장된 필라멘트 또는 스트립, 바람직하게는 함께 결합된 구리 필라멘트 또는 스트립, 예를 들어 저전도성 합금에 의한 경납땜 또는 세라믹 코팅에 의해 함께 결합된 상기 필라멘트 또는 스트립에 의해 형성된다. 본 실시예는 대형 전기 모터 또는 발전기에 특히 유용하다.
일 실시예에서(미도시), 유동 기계(1)는 유동 기계(1)를 건조 벽에 배치함으로써 용융염에 잠겨 임펠러가 용융염과 직접 접촉할 수 있게 하여, 유동 기계(1)의 프라이밍과 관련된 추가적인 노력을 피하는 한편, 전기 연결부(21) 등은 건조 벽에서 용융염으로부터 분리된다. 건조 벽은 불활성 가스로 퍼징되어 유동 기계(1)의 금속 부품의 산화를 방지하거나 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 여러 유동 기계(1)는 더 높은 헤드 압력을 달성하기 위해 하나 이상의 건조 벽에 연속하여 배치된다.
유동 기계(1)는 또한 예를 들어 사용된 핵연료를 재활용하기 위해 파이로프로세싱 시스템(파이로케미컬 공정 설비)에서 용융염을 펌핑하는데 적절하다.
다양한 양태들 및 구현예들이 본원에서 다양한 실시예들과 함께 기술되었다. 그러나, 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 청구된 청구 대상을 실시하는데 있어서 당업자에 의해, 도면, 개시, 및 첨부된 청구항의 연구로부터 이해되고 영향이 미칠 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다.
청구항에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 달리 명시되지 않는 한, 도면은 (예를 들어, 크로스-해칭, 부품의 배치, 비율, 정도 등)을 해석하는 것으로 의도된다. 명세서와 함께, 본 개시의 전체에 기재된 기술의 부분이 고려되어야 한다. 설명에서 사용되는 바와 같이, 용어 "수평", "수직", "좌측", "우측", "위" 및 "아래"뿐만 아니라 이들의 형용사 및 부사 파생어는 단순히 특정 도면이 독자를 향할 때 도시된 구조의 배향을 지칭한다. 유사하게, 용어 "내측으로" 및 "외측으로"는 일반적으로 적절하게 그의 신장축 또는 회전축에 대한 표면의 배향을 지칭한다.

Claims (45)

  1. 용융염 핵 원자로(40)의 용융염, 커버 가스, 또는 다른 고온 유체와 같은 작동 유체로 동작하도록 구성된 캔형 회전역학 유동 기계(1)로서, 상기 캔형 회전동력 유동 기계(1)는:
    볼류트(3)에 배치된 임펠러(6),
    상기 작동 유체를 위한 유입구(4) 및 상기 작동 유체를 위한 유출구(5)를 갖는 상기 볼류트(3),
    고정자(10) 및 회전자(8)를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기,
    상기 회전자(8)가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 상기 고정자(10)를 담은 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는, 캔(18), 특히 격납 쉘(containment shell),
    상기 임펠러(6)에 작동가능하게 결합되는 상기 회전자(8),
    상기 회전자(8)를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 상기 고정자(10),
    상기 고정자(10)에 배치된 슬롯(11)에 분배되는 고정자 권선
    을 포함하고,
    상기 슬롯(11) 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(12), 바람직하게는 고형 구리 바에 의해 형성되고,
    각 고형 바(12)가 슬롯(11)을 통해 최대 한 번 연장되고,
    상기 고형 바(12)는 상기 고정자(10)로부터 상기 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(12)를 전기적으로 절연하기 위한 하나 이상의 스페이서(13)에 의해 상기 슬롯(11) 내부에 위치되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  2. 제1항에 있어서,
    단일 슬롯(11) 내부의 고정자 권선은 17개 미만의 고형 바(12), 바람직하게는 13개 미만의 고형 바(12), 더욱 바람직하게는 9개 미만의 고형 바(12)를 포함하는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 관련된 슬롯(11)에서 최소한 그 범위에서 프리즘형(prismatic) 고형 바인, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯(11) 및 상기 고형 바(12)는 상기 고정자(10)에서 직선을 따라 연장되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  5. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)의 단부는 관련된 슬롯(11) 외부의 위치에서 바람직하게는 전기 커넥터(9)에 의해 동일한 슬롯(11) 또는 다른 슬롯(11) 내의 다른 고형 바(12) 또는 전기 단자(21)에 전기적으로 연결되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(13)는 전기적으로 절연성이거나 낮은 전기 전도성을 갖고, 상기 스페이서(13)는 바람직하게는 세라믹 스페이서(13)인, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스페이서(13)는 상기 슬롯(11)의 벽으로부터 그리고/또는 해당 슬롯(11) 내의 다른 고형 바(12)로부터 상기 고형 바(12)를 이격시키록 구성되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 스페이서(13)는 내화 시멘트에 의해 형성되고, 상기 내화 시멘트는 바람직하게는 상기 슬롯(11)에 상기 고형 바(12)를 위치시킨 후 도포되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(13)는 상기 고형 바(12)를 국부적으로 지지하고, 상기 스페이서(13)는 해당 슬롯(11) 내의 상기 고형 바(12)의 길이를 따라 축방향으로 이격된 2개 이상의 위치에 제공되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 전기 절연성 물질에 매립됨으로써 상기 슬롯(11) 내부에 위치되고, 상기 절연 물질은 바람직하게는 내화 시멘트인, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 슬롯(11)은 단일 고형 바(12)를 담는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 다각형 단면 형상, 바람직하게는 직사각형 단면 형상을 갖고, 상기 다각형 단면 형상의 모서리는 둥근 것이 바람직한, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 원형 또는 타원형 또는 둥근 단면 형상을 갖는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 적어도 16 mm2, 바람직하게는 적어도 13 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7 mm2, 가장 바람직하게는 적어도 5 mm2의 단면적을 갖는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 모터 또는 발전기가 작동 중일 때 발생되는 전자기력의 영향 하에서 그 형상을 유지하기에 충분히 강성이며, 이들이 수용되는 슬롯(11)의 벽과 접촉하지 않고, 이들이 수용되는 슬롯(11) 내의 다른 고형 바(12)와 접촉하지 않고, 상기 고형 바는 상기 스페이서(13)에 의해서만 상기 슬롯(11)에서 지지되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자(8)와 상기 캔(18) 사이에 간극(20)이 형성되고, 상기 캔형 회전동력 유동 기계(1)는 바람직하게는 상기 간극(20)을 통해 작동 유체가 흐르게 하도록 구성되고, 격납 쉘(17)과 상기 캔(18) 사이에 상기 간극이 형성되고 상기 회전자(8)는 바람직하게는 작동 유체로부터 상기 회전자(8)를 보호하기 위한 상기 격납 쉘(17)에 담기는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자(8)는 중공축(7) 상에 설치되고, 상기 중공축(7)은 루멘(22)을 가지며, 상기 루멘(22)은 상기 간극(20)에 유체적으로 연결되고 상기 루멘(22)으로부터 상기 유입구(4)로의 작동 유체의 흐름을 허용하는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 상기 스페이서(13) 또는 상기 내화 시멘트에 의해 상기 캔형 회전동력 유동 기계(1)의 다른 요소로부터 이격됨으로써 절연되고, 상기 고형 바(12)는 바람직하게는 상기 스페이서(13) 및 전기 커넥터(9) 또는 상기 단자(21)와만 접촉하는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 냉각 매체가 바(12)를 통해 흐르게 하는 종방향 루멘을 갖는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(12)는 다수의 종방향으로 연장되는 필라멘트 또는 스트립, 바람직하게는 함께 결합된 구리 필라멘트 또는 스트립에 의해 형성되고, 예를 들어, 상기 필라멘트 또는 스트립은 세라믹 코팅 또는 경납땜(brazing)에 의해 저전도성 합금과 함께 결합되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    축(7)을 지지하는 하나 이상의 능동 자기 베어링을 포함하는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  22. 제21항에 있어서,
    상기 능동 자기 베어링은:
    고정자(110, 210) 및 회전자(108, 208)를 포함하고,
    상기 회전자(108, 208)를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 상기 고정자(110, 210),
    상기 고정자(110, 210)에 배치된 하나 이상의 슬롯(111)에 분포된 상기 고정자 권선을 포함하고,
    상기 하나 이상의 슬롯(111, 211) 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(112, 212), 바람직하게는 구리 고형 바에 의해 형성되는, 캔형 회전동력 유동 기계(1).
  23. 용융염 핵 원자로의 염 루프로서, 상기 염 루프는 용융염을 펌핑하기 위한 펌프(1)를 포함하고, 상기 펌프(1)는:
    볼류트 (3)에 배치된 임펠러(6),
    작동 유체를 위한 유입구(4) 및 상기 작동 유체를 위한 유출구(5)를 갖는 상기 볼류트(3),
    고정자(10) 및 회전자(8)를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터 또는 발전기,
    캔형 펌프를 형성하기 위해 상기 회전자(8)가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 상기 고정자(10)를 담는 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는, 캔(18), 특히 격납 쉘,
    상기 임펠러(6)에 작동가능하게 결합되는 상기 회전자(8),
    상기 회전자(8)를 관통하는 자기장을 유도하는 고정자 권선을 포함하는 상기 고정자(10),
    상기 고정자(10)에 배치된 슬롯(11)에 분포되는 상기 고정자 권선
    을 포함하고,
    상기 슬롯(11) 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(12)에 의해 형성되는, 용융염 핵 원자로의 염 루프.
  24. 바람직하게는 용융염 루프(43, 44, 45)에서, 더욱 바람직하게는 용융염 핵 원자로(40)의 용융염 루프(43, 44, 45)에서, 400 °C 이상, 바람직하게는 500 °C 이상, 더욱 더 바람직하게는 600 °C 이상의 온도를 갖는 용융염을 펌핑하기 위한 캔형 펌프(1)의 용도.
  25. 400 °C를 초과하는 온도를 갖는 환경에서 작동하도록 구성된 능동 자기 베어링으로서, 상기 능동 자기 베어링은:
    고정자(110, 210) 및 회전자(108, 208),
    상기 회전자(108, 208)를 관통하는 자기장을 유도하기 위한 고정자 권선을 포함하는 상기 고정자(110, 210),
    상기 고정자 권선에 대한 전류 공급을 제어하도록 구성된 제어기와 통신하는 상기 회전자(108, 208)의 위치를 검출하기 위한 수단(201, 202),
    상기 고정자(110, 210)에 배치된 하나 이상의 슬롯(111)에 분포되는 상기 고정자 권선
    을 포함하고,
    상기 하나 이상의 슬롯(111, 211) 내부의 상기 고정자 권선의 일부는 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(112, 212)에 의해 형성되고,
    상기 고형 바(112, 212)는 상기 하나 이상의 전기 전도성 고형 바(112, 212)를 상기 고정자(110, 112)로부터 전기적으로 절연하기 위한 하나 이상의 스페이서(113, 213)에 의해 상기 슬롯(111, 211) 내부에 위치되는, 능동 자기 베어링.
  26. 제25항에 있어서,
    단일 슬롯(111, 211) 내부의 상기 고정자 권선은 17개 미만의 고형 바(112, 212)를 포함하는, 능동 자기 베어링.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 관련된 슬롯(111, 211)에서 최소한 그 범위에서 프리즘형 고형 바인, 능동 자기 베어링.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동 자기 베어링은 방사상 베어링이고, 상기 슬롯(111, 211) 및 상기 고형 바(112)는 상기 고정자(110)에서 직선을 따라 연장되거나, 상기 능동 자기 베어링은 축방향 베어링이고, 상기 슬롯(211)은 원주방향으로 연장되는 슬롯이고, 상기 고형 바(212)는 상기 고정자(210)에서 원주방향으로 연장되는 슬롯 내부로 연장되는, 능동 자기 베어링.
  29. 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 고형 바(112, 212)는 주어진 슬롯(111, 211)을 통해 최대 한 번 연장되는, 능동 자기 베어링.
  30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    고형 바(112, 212)의 단부는 동일한 슬롯(111, 211) 또는 다른 슬롯(111, 211) 내의 다른 고형 바(112, 212)에 해당 슬롯(111, 211) 외부의 위치에서 전기적으로 연결되는, 능동 자기 베어링.
  31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(113, 213)는 전기적으로 절연되거나 낮은 전기 전도성을 갖고, 상기 스페이서(113, 213)는 바람직하게는 세라믹 스페이서(113, 213)인, 능동 자기 베어링.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 스페이서(113, 213)는 상기 슬롯(111, 211)의 벽으로부터 그리고/또는 해당 슬롯(111, 211) 내의 다른 고형 바(112, 212)로부터 상기 고형 바(112, 212)를 이격시키도록 구성되는, 능동 자기 베어링.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서,
    상기 스페이서(113, 213)는 내화 시멘트에 의해 형성되는, 능동 자기 베어링.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(113, 213)는 상기 고형 바(112, 212)를 국부적으로 지지하고, 상기 스페이서(113, 213)는 해당 슬롯(111, 211) 내의 상기 고형 바(112, 212)의 길이를 따라 축방향으로 이격된 2개 이상의 위치에 제공되는, 능동 자기 베어링.
  35. 제25항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 전기적 절연 물질에 매립됨으로써 상기 슬롯(211, 212) 내부에 위치되는, 능동 자기 베어링.
  36. 제25항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 슬롯(111, 211)은 단일 고형 바(112, 212)를 포함하는, 능동 자기 베어링.
  37. 제25항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 다각형 단면 형상을 갖는, 능동 자기 베어링.
  38. 제25항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 원형 또는 타원형 또는 둥근 단면 형상을 갖는, 능동 자기 베어링.
  39. 제25항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 적어도 5 mm2의 단면적을 갖는, 능동 자기 베어링.
  40. 제25항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 바(112, 212)는 상기 스페이서(113, 213) 또는 상기 내화 시멘트에 의해 상기 능동 자기 베어링의 다른 요소로부터 이격됨으로써만 절연되고, 상기 고형 바(112, 212)는 바람직하게는 상기 스페이서(113, 213) 및 전기 커넥터(109, 209) 또는 상기 단자(121, 221)와만 접촉하는, 능동 자기 베어링.
  41. 캔형 유동 기계에 사용하기 위한 제25항 내지 제40항 중 어느 한 항의 능동 자기 베어링으로서, 상기 회전자(108, 208)가 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 상기 고정자(110, 210)를 담는 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는 캔(18), 특히 격납 쉘을 포함하고, 상기 회전자(108,208)는 바람직하게는 상기 회전자(108, 208)를 상기 작동 유체로부터 보호하기 위한 격납 쉘(117, 217)에 담기는, 능동 자기 베어링.
  42. 제41항에 있어서, 상기 능동 자기 베어링은 상기 회전자(108, 208)와 상기 고정자(110, 210) 사이, 바람직하게는 상기 캔(18)과 상기 격납 쉘(117, 217) 사이에 간극(20)을 갖고, 상기 능동 자기 베어링은 바람직하게는 상기 간극(20)을 통한 작동 유체의 흐름에 의해 냉각되도록 구성되는, 방법.
  43. 제41항 또는 제42항에 있어서,
    상기 회전자(108, 208)는 중공축(7) 상에 설치되고, 상기 중공축(7)은 루멘(22)을 가지며, 상기 루멘(22)은 상기 간극(20)에 유체적으로 연결되는, 능동 자기 베어링.
  44. 용융염 핵 원자로용 용융염 루프(43, 44, 45)로서, 상기 용융염 루프(43, 44, 45)는 상기 용융염을 펌핑하기 위한 펌프(1)를 포함하고, 상기 펌프(1)는:
    바람직하게는 루멘(22)을 갖는 중공축(7)인 축(7) 상의 임펠러(6) - 상기 임펠러(6)는 볼류트(3)에 배치됨 -,
    작동 유체를 위한 유입구(4) 및 상기 작동 유체를 위한 유출구(5)를 갖는 상기 볼류트(3),
    상기 축(7) 상에 고정자(10) 및 회전자(8)를 포함하는 유도 또는 자기저항 모터,
    상기 회전자(8)가 캔형 펌프(1)를 형성하기 위해 작동 유체 영역에 배치된 상태에서, 상기 고정자(10)를 담는 건조 영역으로부터 상기 작동 유체 영역을 분리하는, 캔(18), 특히 격납 쉘,
    상기 축(7)에 의해 상기 임펠러(6)에 작동가능하게 결합되는 상기 회전자(8),
    회전형 및/또는 선형 능동 전자기 베어링에 의해 현가된(suspended) 상기 축(7)
    을 포함하는 용융염 원자로용 용융염 루프(43, 44, 45).
  45. 캔형 용융염 펌프(1)에서, 바람직하게는 용융염 루프(43, 44, 45)에서 캔형 용융염 펌프(1)에서, 더욱 바람직하게는 용융염 핵 원자로(40)의 용융염 루프(43, 44, 45)에서 캔형 용융염 펌프(1)에서, 축(7)을 현가하기 위한 선형 또는 회전형 능동 전자기 베어링의 용도.
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