WO2013001768A1 - 電磁ポンプ補償電源装置および電磁ポンプシステム - Google Patents

Abstract

電源系に対し電磁ポンプと並列にプラントの通常運転時は同期機として力率改善機能を果たす電磁ポンプ補償電源機構（１０）を設ける。電磁ポンプ補償電源機構（１０）は、励磁機において非励磁状態と励磁状態との間の相互の切替えが可能な励磁機固定子永久磁石装置（４５）を備える。励磁機固定子永久磁石装置（４５）は、励磁機固定子永久磁石（１５ａ）と、それを励磁機回転子巻線（１５ｂ）の対向位置に向けて付勢するスプリング（１６）とスプリング（１６）の付勢力に抗して励磁機固定子永久磁石（１５ａ）を励磁機回転子巻線（１５ｂ）の非対向位置に移動させる電磁ソレノイド（２０）とを有する。

Description

電磁ポンプ補償電源装置および電磁ポンプシステム

　本発明は、電磁ポンプの低力率改善と、要求電気出力特性を有するための電磁ポンプ補償電源装置および電磁ポンプシステムに関する。

　金属ナトリウムを冷却材とする高速炉においては、冷却材を循環させるために電磁ポンプが採用されることが多くなってきた。

　電磁ポンプは、液体金属ナトリウムが電気の良導体であることを利用し、電流が流れる導体を磁界中に置くと、この磁界強度に比例してその直角方向に力を受けるという原理に基づき、金属ナトリウム冷却材を移送するものである。

　この電磁ポンプは従来の機械式ポンプと比較して、機能的には冷却材流量を容易に直線的に加減できること、構造的には冷却材を完全に密封状態とすることができること、および小型であるため蒸気発生器等の他機器との合体により合理化を図ることができる可能性を有していること、さらに可動部分がなく保守補修が容易であること、高い吐出圧力を得ることができること等の優れた特長を有している。

　一方、運転中の高速炉において、たとえばプラントトリップや外部電源喪失等の異常が発生した場合は、制御棒が原子炉の炉心に急速に挿入される際に発生する過渡的な炉心出入口の冷却材温度差を緩和するために、原子炉停止後の所定時間における流量確保機能、即ちフローコーストダウン特性機能が必要とされる。

　前記のように炉心に制御棒が急速挿入された際に、炉心からの除熱量の減衰の割合より炉心流量が急速に減少しすぎると、炉心出口温度が上昇してしまうため、これを緩和するためには、流量の減衰速度を発熱量に見合うようにする必要があり、この特性をフローコーストダウン特性という。

　フローコーストダウン特性は、炉心出口温度の上昇を回避するための安全上の観点だけでなく、特にナトリウム冷却炉のように冷却材ナトリウムと構造材との間の熱伝達率の高いシステムにおける構造材温度変化を緩和すなわちプラント熱過渡を緩和するという健全性確保上の観点からも重要である。

　この原子炉停止後の所定時間における流量確保機能、即ちフローコーストダウン特性機能については、電磁ポンプが回転部分を有せず機械的慣性がないため、何らかのエネルギー蓄積手段を別途用意して、電磁ポンプの減衰出力特性を確保する必要がある。

　また、電磁ポンプは極端なインダクタンス負荷のため力率が０．５程度であり、従来の機械式ナトリウムポンプと比べ力率が極めて小さい。

　そのため、高速炉の冷却材循環ポンプのように大容量を要するポンプとして電磁ポンプを使用する場合には、無効電力を補償する力率改善手段を設けないと、その駆動電源容量が膨大なものとなり、電源設備のレイアウトが困難となり、設計作業が煩雑になってしまい、また経済性の観点からも不利となるという課題がある。

　このような、プラントの熱過渡を緩和するフローコーストダウン特性の確保と、電磁ポンプの低力率の改善とを、同時に達成するエネルギー蓄積手段としては、例えば特許文献１に記載されているように、超電導エネルギー貯蔵装置を使用し、超電導電磁石に蓄積されたエネルギーから電力変換器制御装置を介して電磁ポンプに供給する方法がある。

　また、同期機を電磁ポンプと並列に接続して運転させ、プラントの通常運転時には調相機運転を、電磁ポンプの電源回路が遮断されるような異常発生時においては、例えば特許文献２に記載されているように、回転エネルギーから励磁電流を回生し、その励磁電流を電磁ポンプに供給する方法がある。

特開平５－１４２３８２号公報 特開平３－７３８９１号公報

　上述した従来例においては、プラントトリップや外部電源喪失時のプラント熱過渡を緩和するフローコーストダウン運転において、高速炉の主循環ポンプに適用する電磁ポンプに要求される減衰出力特性を得るために、電磁ポンプ補償電源装置に制御回路を使用している。

　しかしながら、安全機能を確保する為には、その制御回路についての多様化、多重化などの冗長化、原子炉運転中のテスタビリティの確保などが必要であるが、この種の励磁制御回路の安全系への適用は前例がなく、信頼性確保に課題があった。

　そこで、本発明は、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するための無効電力補償を行う機能と、外部から制御せずに要求された電気出力特性とを有する、信頼性の高い電磁ポンプ補償電源装置および電磁ポンプシステムを提供することを目的とする。

　上述の目的を達成するため、本発明は、電磁ポンプの電源供給部の電源供給ライン遮断器下流側の交流電源ラインと電気的に接続され、通常運転時の力率改善と、電磁ポンプへの交流電源喪失時の電磁ポンプへの電力供給を行う電磁ポンプ補償電源装置において、軸を中心に回転するシャフトと、前記シャフトに固定された回転エネルギー貯蔵用のフライホイールと、前記シャフトに固定された励磁機回転子巻線と、前記シャフトに固定され、前記励磁機回転子巻線で生じた交流電流を直流電流に変換する回転整流器と、前記シャフトに固定され、前記回転整流器から直流電流の供給を受ける巻線型同期機回転子巻線と、前記巻線型同期機回転子巻線に対向して静止固定され、前記巻線型同期機回転子巻線とともに巻線型同期機を構成して回転エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する、巻線型同期機固定子巻線と、前記励磁機回転子巻線とともに励磁機を構成する励磁機固定子永久磁石を有して、非励磁状態励磁状態と励磁状態との２つの状態間の相互の切替えが可能な励磁機固定子永久磁石装置と、前記巻線型同期機固定子巻線と前記電源供給ライン遮断機下流側の交流電源ラインとを接続する同期機側電源供給ラインと、を備えることを特徴とする。

　また、本発明は、電磁ポンプと、交流系統母線からの電力を所要の周波数および電圧の交流電力に変換して前記電磁ポンプに供給するインバータ装置並びに前記インバータ装置の出力側に接続され交流電力を遮断する電源供給ライン遮断器を有する前記電磁ポンプの電源供給部と、前記電源供給ライン遮断器の電磁ポンプ側で、該電磁ポンプと電気的に接続され、通常運転時の力率改善と電磁ポンプへの交流電源喪失時の電磁ポンプへの電力供給とを行う電磁ポンプ補償電源装置と、を備える電磁ポンプシステムであって、前記電磁ポンプ補償電源装置は、軸を中心に回転するシャフトと、前記シャフトに固定された回転エネルギー貯蔵用のフライホイールと、前記シャフトに固定された励磁機回転子巻線と、前記シャフトに固定され、前記励磁機回転子巻線で生じた交流電流を直流電流に変換する回転整流器と、前記シャフトに固定され、前記回転整流器から直流電流の供給を受ける巻線型同期機回転子巻線と、前記巻線型同期機回転子巻線に対向して静止固定され、前記巻線型同期機回転子巻線とともに巻線型同期機を構成して回転エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する、巻線型同期機固定子巻線と、前記励磁機回転子巻線とともに励磁機を構成する励磁機固定子永久磁石を有して、非励磁状態励磁状態と励磁状態との２つの状態間の相互の切替えが可能な励磁機固定子永久磁石装置と、前記巻線型同期機固定子巻線と前記電源供給ライン遮断機下流側の交流電源ラインとを接続する同期機側電源供給ラインと、を備えることを特徴とする。

　本発明によれば、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するための無効電力補償を行う機能と、外部から制御することなく要求された電気出力特性をもたらす機能を有する、信頼性の高い電磁ポンプ補償電源装置および電磁ポンプシステムを提供することができる。

本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第１の実施形態の電気的構成を示す模式図である。 図１の電磁ポンプ補償電源装置の機械的構造を示す模式的縦断面図である。 本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第２の実施形態の機械的構造を示す模式的縦断面図である。 本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第３の実施形態の電気的構成を示す模式図である。 本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第４の実施形態の電気的構成を示す模式図である。 本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第５の実施形態の機械的構造を示す模式的縦断面図である。

　以下、図面を参照して本発明に係るプラント機器交換支援システムの実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

[第１の実施形態]
　図１は、本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第１の実施形態の電気的構成を示す模式図である。

　図１に示すように、本実施形態による電磁ポンプ補償電源装置５は、電磁ポンプ補償電源機構１０、直流電源供給部３０および同期機側電源供給ライン４０ａを有する。

　電磁ポンプ１は、交流系統母線２からインバータ装置４２およびこの下流側に直列に接続する電源供給ライン遮断器４１を経由して、交流電源ライン４０を通じて給電される。

　インバータ装置４２は、電磁ポンプ１の流量・ヘッド特性を変化させることができるように、交流系統母線２からの電力を、交流から直流への変換とその後の直流から交流への変換とにより、電磁ポンプ１駆動用電力の周波数および電圧を変化させる機能を有する。

　電磁ポンプ補償電源機構１０は、この電源供給ラインの電源供給ライン遮断器４１の下流側において同期機側電源供給ライン４０ａを介して電磁ポンプ１と電気的に接続している。同期機側電源供給ライン４０ａは、具体的には、電磁ポンプ補償電源機構１０の構成部分である巻線型同期機固定子巻線１３ａ（後述）に接続している。

　一方、電磁ポンプ補償電源機構１０中の電磁ソレノイド２０は上記の電源供給ラインとは独立に、直流電源供給部３０を介して交流系統母線２に接続している。

　直流電源供給部３０は、互いに直列に接続された直流供給ライン遮断器３１および直流供給ライン整流器３２を有する。

　図２は、図１の電磁ポンプ補償電源機構１０の機械的構造を示す模式的縦断面図である。

　電磁ポンプ補償電源機構１０は、大きく分類して、フライホイール１２、巻線型同期機１３、回転整流器１４、励磁機１５を備える。巻線型同期機１３は、巻線型同期機固定子巻線１３ａおよび巻線型同期機回転子巻線１３ｂを有する。励磁機１５は、励磁機固定子永久磁石装置４５、励磁機回転子巻線１５ｂを有する。励磁機固定子永久磁石装置４５は、励磁機固定子永久磁石１５ａ、電磁ソレノイド２０および連結棒２１を含む駆動機構を有する。

　励磁機固定子永久磁石装置４５は、励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとが対向した状態で励磁機能を発揮する励磁状態と、励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとが対向しない位置にあり励磁機能を発揮しない非励磁状態とを切り替えることができる構成となっている。

　フライホイール１２、巻線型同期機１３の巻線型同期機回転子巻線１３ｂ、回転整流器１４、および、励磁機１５の励磁機回転子巻線１５ｂは、同一のシャフト１１上で互いに直結されている。

　フライホイール１２は、通常運転時に回転エネルギーとしてエネルギーを貯蔵しておくための装置で、プラントトリップや外部電源喪失時に、フローコーストダウン特性を得るために電磁ポンプ１へ必要な電力を供給できる回転エネルギーを確保できる大きさと重量で構成される。

　図示は省略するが、励磁機回転子巻線１５ｂは、回転整流器１４の入力側に電気的に接続されている。また、回転整流器１４の出力側は、巻線型同期機回転子巻線１３ｂに電気的に接続されている。

　通常運転時に、励磁機１５において励磁機回転子巻線１５ｂに生じた交流は、回転整流器１４で直流に変換され、この直流が、励磁機能を持つ巻線型同期機回転子巻線１３ｂに流れる。これにより、巻線型同期機１３は、巻線型同期機固定子巻線１３ａに電圧を誘起させ、電磁ポンプ１へ電力を供給する。

　励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａは、以下のように、電磁ソレノイド２０の働きにより、回転軸方向に動くことができる構成となっている。

　電磁ソレノイド２０は、電磁ソレノイド支持板２０ａ、電磁ソレノイドコイル２０ｂ、電磁ソレノイド永久磁石２０ｃからなる。

　電磁ソレノイド永久磁石２０ｃは、電磁ソレノイド支持板２０ａに固定されたスプリング１６と接続される。なお、電磁ソレノイド永久磁石２０ｃの部分は、電磁石の磁力により駆動されるものであれば永久磁石でなくてもよい。

　回転軸方向に延びる複数の連結棒２１により、励磁機固定子永久磁石１５ａと電磁ソレノイド永久磁石２０ｃが連結されている。電磁ソレノイド２０および連結棒２１は、励磁機固定子永久磁石１５ａを駆動する機能を有する機構（「駆動機構」）を構成する主要な要素である。

　プラントの通常運転時には、電磁ソレノイドコイル２０ｂと電磁ソレノイド永久磁石２０ｃとの相互作用により、電磁ソレノイドコイル２０ｂから供給された磁気エネルギーは、スプリング１６に弾性エネルギーとして蓄積されている。なお、この状態において、スプリング１６は、被圧縮状態か被引張状態かのいずれであってもよい。

　この状態では、励磁機固定子永久磁石１５ａを励磁機回転子巻線１５ｂと半径方向に対向する位置から軸方向に移動し離れた位置（以下「非対向位置」という。）にある状態を保つ。

　プラントトリップや外部電源喪失時には、外部電源による直流電源供給部３０から電磁ソレノイドコイル２０ｂへの電源供給も喪失するため、スプリング１６の弾性エネルギーにより励磁機固定子永久磁石１５ａがただちに電磁ソレノイド永久磁石２０ｃと連動して回転軸方向に移動し、定位置である励磁機回転子巻線１５ｂと半径方向に対向する位置（以下「対向位置」という。）に戻る。

　励磁機回転子巻線１５ｂのターン数、励磁機固定子永久磁石１５ａの非対向位置は、プラントの通常運転時の電磁ポンプ１に要求される無効電力を巻線型同期機１３が発電できるように設定される。

　次に、電磁ポンプ補償電源機構１０の動作を説明する。

　通常運転時においては、交流系統母線２から直流供給ライン整流器３２を介して電磁ソレノイドコイル２０ｂへ直流電源が供給され、電磁ポンプ補償電源機構１０の構成要素である電磁ソレノイド２０が稼働状態にある。

　すなわち、電磁ソレノイドコイル２０ｂと電磁ソレノイド永久磁石２０ｃとの磁気吸引力により、電磁ソレノイド永久磁石２０ｃと、連結棒２１を介して接続された励磁機固定子永久磁石１５ａが電磁ソレノイド支持板２０ａの方向へ引きつけられる。このときスプリング１６に弾性エネルギーが蓄積され、励磁機固定子永久磁石１５ａが励磁機回転子巻線１５ｂと対向する位置から移動した状態となる。

　その結果、励磁機回転子巻線１５ｂに鎖交する磁束が減少し、巻線型同期機回転子巻線１３ｂに流れる励磁電流が減少するため、巻線型同期機１３は進相運転となる。

　巻線型同期機１３は、通常運転における定常状態では、風損を除けば無負荷状態にあるため同期調相機動作となり、進相運転により、進み無効電力を発電し電磁ポンプ１へ供給することができる。

　電磁ソレノイドコイル２０ｂのターン数は、定格運転時に電磁ポンプ１が必要とする無効電力を発生するように調整されているため、プラントの通常運転時において電磁ソレノイド２０に関する制御装置は不要である。

　プラントトリップや外部電源喪失時においては、電磁ポンプ補償電源機構１０及び電磁ポンプ１の安全機能を確保するため、電源供給ライン遮断器４１により電磁ポンプ補償電源機構１０及び電磁ポンプ１をインバータ装置４２から遮断する。これと同時に、直流供給ライン遮断器３１により電磁ソレノイド２０を、交流系統母線２から遮断する。

　このとき、巻線型同期機１３へ電源が供給されなくなるが、回転エネルギーを貯蔵したフライホイール１２とシャフト１１は外部電源が無くても慣性によりしばらくの間回転し続ける。

　また電磁ソレノイド２０の電源遮断によって、電磁ソレノイドコイル２０ｂと電磁ソレノイド永久磁石２０ｃとの間の磁気吸引力が無くなるため、スプリング１６のばね弾性力によって励磁機固定子永久磁石１５ａは励磁機回転子巻線１５ｂと対向する元の対向位置へただちに復帰する。

　この結果、励磁機回転子巻線１５ｂと鎖交する磁束が増加して巻線型同期機回転子巻線１３ｂの励磁電流が増加し、巻線型同期機１３は遅相運転へと自然に切り替わる。その結果、外部電源なしで、フローコーストダウン特性を得るために必要な電力を電磁ポンプ１へ供給できる状態となる。

　以上のように、励磁機固定子永久磁石１５ａ、電磁ソレノイド２０および連結棒２１を含む駆動機構を有する励磁機固定子永久磁石装置４５は、全体として、励磁機１５において励磁状態と非励磁状態とを切り替える機能を有する。

　本実施形態によれば、通常運転時においては電磁ソレノイド２０により励磁機固定子永久磁石１５ａが定位置から移動して巻線型同期機１３の界磁電流が減少することにより、ほぼ無負荷状態の電磁ポンプ補償電源機構１０の巻線型同期機１３が進相運転となり、低力率の電磁ポンプ１へ無効電力を供給することができる。

　したがって、通常運転時における電磁ポンプ１の力率が改善され、付設する電源設備を大幅に小型化することができる。

　また、電磁ポンプ１に接続する電源回路が遮断されるような異常が発生した場合には、スプリング１６のばね弾性力により励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａが対向位置に自然に復帰して、巻線型同期機１３は遅相運転へと切り替わる。

　すなわち、フライホイール１２に蓄積された回転エネルギーから励磁機１５と巻線型同期機１３から同期機側電源供給ライン４０ａを介して電磁ポンプ１に電力が供給され、要求されるフローコーストダウン特性確保のために必要な電力が外部電源無しで得られる。これにより、電磁ポンプ補償電源機構１０の電気出力を調整する制御回路が不要となるため、信頼性を向上させることが可能となる。

　以上のように、本実施形態によれば、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するための無効電力補償を行う機能と、外部から制御することなく要求された電気出力特性をもたらす機能を有する、信頼性の高い電磁ポンプ補償電源装置を提供することができる。

[第２の実施形態]
　図３は、本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第２の実施形態の機械的構造を示す模式的縦断面図である。

　本実施形態による電磁ポンプ補償電源装置５の電磁ポンプ補償電源機構１０は、図３に示すように、励磁機固定子永久磁石装置４５が、励磁機固定子永久磁石１５ａ、磁気シールド板２２、電磁ソレノイド２０および連結棒２１を含む駆動機構を有している。

　筒状の磁気シールド板２２が、励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂの間の径方向に中間位置に設けられており、連結棒２１を介して電磁ソレノイド２０により軸方向に移動する方式である。

　励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとは対向した位置にはあるが、励磁機固定子永久磁石装置４５が磁気シールド板２２を有しており、磁気シールド板２２が励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとの間にない状態で励磁機能を発揮する励磁状態と、磁気シールド板２２が励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとの間にある状態で励磁機能を発揮しない非励磁状態とを切り替えることができる構成となっている。

　磁気シールド板２２は電磁鋼板等の磁性体によって構成する。

　通常運転時においては電磁ソレノイド２０が稼働状態にあり、磁気シールド板２２が励磁機固定子永久磁石１５ａ、励磁機回転子巻線１５ｂとの中間位置にある。

　このとき、永久磁石による磁束の一部が磁気シールド板２２へ流れることで、励磁機回転子巻線１５ｂに鎖交する磁束が減少し、巻線型同期機回転子巻線１３ｂに流れる励磁電流が減少するため、巻線型同期機１３は進相運転となる。

　プラントトリップや外部電源喪失時においては、電磁ソレノイド２０の電源遮断後、スプリング１６のばね弾性力によって、軸方向に移動し、磁気シールド板２２が励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂ間の中間位置から外れた位置（以下「非中間位置」という）へただちに移動する。

　この結果、励磁機回転子巻線１５ｂと鎖交する磁束が増加して巻線型同期機回転子巻線１３ｂの励磁電流が増加し、巻線型同期機１３は遅相運転へと自然に切替わる。

　以上のように、励磁機固定子永久磁石１５ａ、電磁ソレノイド２０および連結棒２１を含む駆動機構、並びに磁気シールド板２２を有する励磁機固定子永久磁石装置４５は、全体として、励磁機１５において励磁状態と非励磁状態とを切り替える機能を有する。

　本実施形態によれば、励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂの間のギャップ長が増加するが、移動物体の重量が減るため電磁ソレノイド２０を小型化できる。また励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａを移動させない分、信頼性が増加する。

　以上のように、本実施形態によれば、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するための無効電力補償を行う機能と、外部から制御することなく要求された電気出力特性をもたらす機能を有する、さらに信頼性の高い電磁ポンプ補償電源装置を提供することができる。

[第３の実施形態]
　図４は、本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第３の実施形態の電気的構成を示す模式図である。

　本実施形態では、図４に示すように、交流系統母線２と電磁ソレノイド２０の間の直流電源供給部３０に、降圧変圧器３３、直流電源装置３４および直流供給ライン遮断器３１を設置して、この順に直列に接続する。

　さらに、電磁ポンプ１の電源ラインに設けた変流器３６および変成器３７からの電流および電圧信号に基づき力率改善のための制御を直流電源装置３４に対して行う力率制御部３５を設ける。

　この力率制御部３５により、通常運転時において電磁ソレノイド２０へ供給する電圧を連続的に制御する方式とする。

　その他の構成は、第１または第２の実施形態と同様である。

　本実施形態によれば、直流電源装置３４、力率制御部３５、変流器３６および変成器３７が別途必要であるが、プラントの通常運転時において電磁ソレノイド２０による励磁機固定子永久磁石１５ａの位置の連続的な制御が可能となることで、定格以外の任意の運転状態においても力率改善を行うことが可能である。

　以上のように、本実施形態によれば、第１または第２の実施形態と同様の効果が得られることに加え、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するためのきめの細かい無効電力補償機能と、外部から制御することなく要求された電気出力特性をもたらすことができる。

[第４の実施形態]
　図５は、本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第４の実施形態の電気的構成を示す模式図である。

　図５に示すように、通常運転時において電磁ソレノイド２０へ供給する電力を、交流系統母線２から直接のラインではなく、巻線型同期機１３の巻線型同期機固定子巻線１３ａへの給電ラインすなわち同期機側電源供給ライン４０ａから分岐して、直流電源供給部３０に供給する方式とする。

　この直流電源供給部３０が、直流供給ライン整流器３２および直流供給ライン遮断器３１を備えることは、第１の実施形態と同様である。

　本実施形態によれば、電磁ソレノイド２０を動作させる分、巻線型同期機１３の容量を大きくする必要があるが、前記の各実施形態に比べると、電磁ポンプ補償電源機構１０と交流系統母線２間の配線数が減るため、電源設備のレイアウト設計が容易になる。

　以上のように、本実施形態によれば、プラントの通常運転時において電磁ポンプの低力率を改善するための無効電力補償を行う機能と、外部から制御することなく要求された電気出力特性をもたらす機能を有する、信頼性の高い電磁ポンプ補償電源装置を提供することができ、さらに物量が低減し、電源設備のレイアウト設計が容易となる。

[第５の実施形態]
　図６は、本発明に係る電磁ポンプ補償電源装置の第５の実施形態の機械的構造を示す模式的縦断面図である。

　本実施形態は、第１の実施形態の変形であって、励磁機１５の励磁機固定子永久磁石１５ａが、電磁ソレノイドの働きにより、回転軸方向に動くことができる構成となっている点では、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態では、電磁ソレノイド２０と励磁機固定子永久磁石１５ａと電磁ソレノイド永久磁石２０ｃが直接に連結されているが、本実施形態では、電磁ソレノイドの電磁力が弱い場合でも、確実に機能できるよう要素を追加している。

　駆動機構５０は、連結棒５１、支持板５２、圧縮バネ５３、圧縮バネ止め板５４、ガイド部５５、梃子棒５６、梃子台５７、梃子用永久磁石５８および梃子用電磁ソレノイド５９を有する。

　支持板５２は、外部（たとえば、図示しないケーシング）に固定されており、圧縮バネ５３の一端を支持している。連結棒５１は、励磁機固定子永久磁石１５ａと連結されている。連結棒５１の途中には圧縮バネ止め板５４が設けられている。

　圧縮バネ５３の他端は圧縮バネ止め板５４に支持されており、支持板５２と圧縮バネ止め板５４の間に挟まれている。連結棒５１の、励磁機固定子永久磁石１５ａとの連結部との反対側は支持板５２を貫通しており、その端部は、梃子棒５６と連結されている。

　梃子棒５６の、連結棒５１との連結部と反対端は、梃子用永久磁石５８と連結されている。また、梃子棒５６の途中は、梃子台５７上の梃子棒支点５７ａと回転可能に連結されている。連絡棒５１の、梃子棒支点５７ａと梃子用永久磁石５８との連結部間の長さは、連結棒５１との連結部と梃子棒支点５７ａ間の長さに比べ、十分大きな長さとなっている。

　本実施形態においては、電磁ソレノイド２０および梃子棒５６や連結棒５１などの連結部が、励磁機固定子永久磁石１５ａを駆動する機能を有する駆動機構を構成する主要な要素である。

　梃子用電磁ソレノイド５９は、外部に固定されており、直流電源供給部３０から直流電源を供給される。

　圧縮バネ５３の圧縮状態と解放状態で、励磁機固定子永久磁石１５ａと励磁機回転子巻線１５ｂとの位置関係が変わるように、梃子棒５６などの長さが設定される。

　すなわち、梃子用電磁ソレノイド５９に直流電源が供給されている状態では、その磁気吸引力により、梃子用永久磁石５８は梃子用電磁ソレノイド５９に吸引され、励磁機固定子永久磁石１５ａは、励磁機回転子巻線１５ｂと非対向位置となるように設定される。

　また、梃子用電磁ソレノイド５９への直流電源の供給がない状態では、梃子用永久磁石５８は梃子用電磁ソレノイド５９から離れ、圧縮バネ５３が圧縮状態から解放されることにより、励磁機固定子永久磁石１５ａは、励磁機回転子巻線１５ｂと対向位置となるように設定される。

　以上のように構成された本実施形態においては、通常運転時には、直流電源供給部３０から梃子用電磁ソレノイド５９に直流電源が供給されるので、梃子用永久磁石５８は梃子用電磁ソレノイド５９に吸引され、梃子棒５６および連結棒５１を介して、励磁機固定子永久磁石１５ａは、励磁機回転子巻線１５ｂと非対向位置となる。

　プラントトリップや外部電源喪失時においては、梃子用電磁ソレノイド５９の電源遮断によって、梃子用電磁ソレノイド５９と梃子用永久磁石５８との間の磁気吸引力が無くなるため、圧縮バネ５３のばね弾性力によって励磁機固定子永久磁石１５ａは励磁機回転子巻線１５ｂと対向する元の対向位置へただちに復帰する。

　以上のように、励磁機固定子永久磁石装置１５ａ、ならびに電磁ソレノイド５９、連結棒５１および梃子棒５６を含む駆動機構５０は、全体として、励磁機１５において励磁状態と非励磁状態とを切り替える機能を有する。

　本実施形態によれば、圧縮バネ５３のばね弾性力に対し、梃子用永久磁石５８と梃子用電磁ソレノイド５９との間の磁気吸引力が小さい場合でも、梃子の原理により小さな磁気吸引力で励磁機固定子永久磁石１５ａの位置を保持することができ、通常運転時の誤動作による外乱、トラブルの発生を防止することができる。

　以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、小さな磁気吸引力で励磁機固定子永久磁石１５ａの位置を保持することができ、通常運転時の誤動作による外乱、トラブルの発生を防止することができる。

〔その他の実施形態〕
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

　例えば、高速炉プラント以外でも電磁ポンプを使用した同様の課題を有する施設、プラントに適用できる。

　また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第３、第４および第５の実施形態における電磁ポンプ補償電源機構１０の構成は、図２または図３のいずれの構成でもよい。

　さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

　これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

　　１　・・・電磁ポンプ
　　２　・・・交流系統母線
　　５　・・・電磁ポンプ補償電源装置
　　１０　・・・電磁ポンプ補償電源機構
　　１１　・・・シャフト
　　１２　・・・フライホイール
　　１３　・・・巻線型同期機
　　１３ａ　・・・巻線型同期機固定子巻線
　　１３ｂ　・・・巻線型同期機回転子巻線
　　１４　・・・回転整流器
　　１５　・・・励磁機
　　１５ａ　・・・励磁機固定子永久磁石
　　１５ｂ　・・・励磁機回転子巻線
　　１６　・・・スプリング（弾性体）
　　２０　・・・電磁ソレノイド（駆動機構）
　　２０ａ　・・・電磁ソレノイド支持板
　　２０ｂ　・・・電磁ソレノイドコイル
　　２０ｃ　・・・電磁ソレノイド永久磁石
　　２１　・・・連結棒
　　２２　・・・磁気シールド板
　　３０　・・・直流電源供給部
　　３１　・・・直流供給ライン遮断器
　　３２　・・・直流供給ライン整流器
　　３３　・・・降圧変圧器
　　３４　・・・直流電源装置
　　３５　・・・力率制御部
　　３６　・・・変流器
　　３７　・・・変成器
　　４０　・・・交流電源ライン
　　４０ａ　・・・同期機側電源供給ライン
　　４１　・・・電源供給ライン遮断器
　　４２　・・・インバータ装置
　　４５　・・・固定子永久磁石装置
　　５０　・・・駆動機構
　　５１　・・・連結棒
　　５２　・・・支持板
　　５３　・・・圧縮バネ（弾性体）
　　５４　・・・圧縮バネ止め板
　　５５　・・・ガイド部
　　５６　・・・梃子棒
　　５７　・・・梃子台
　　５７ａ・・・梃子棒支点
　　５８　・・・梃子用永久磁石
　　５９　・・・梃子用電磁ソレノイド

Claims (12)

1. 　電磁ポンプの電源供給部の電源供給ライン遮断器下流側の交流電源ラインと電気的に接続され、通常運転時の力率改善と、電磁ポンプへの交流電源喪失時の電磁ポンプへの電力供給を行う電磁ポンプ補償電源装置において、
   　軸を中心に回転するシャフトと、
   　前記シャフトに固定された回転エネルギー貯蔵用のフライホイールと、
   　前記シャフトに固定された励磁機回転子巻線と、
   　前記シャフトに固定され、前記励磁機回転子巻線で生じた交流電流を直流電流に変換する回転整流器と、
   　前記シャフトに固定され、前記回転整流器から直流電流の供給を受ける巻線型同期機回転子巻線と、
   　前記巻線型同期機回転子巻線に対向して静止固定され、前記巻線型同期機回転子巻線とともに巻線型同期機を構成して回転エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する、巻線型同期機固定子巻線と、
   　前記励磁機回転子巻線とともに励磁機を構成する励磁機固定子永久磁石を有して、非励磁状態と励磁状態との２つの状態間の相互の切替えが可能な励磁機固定子永久磁石装置と、
   　前記巻線型同期機固定子巻線と前記電源供給ライン遮断機下流側の交流電源ラインとを接続する同期機側電源供給ラインと、
   　を備えることを特徴とする電磁ポンプ補償電源装置。
2. 　前記励磁機固定子永久磁石装置は、
   　静止固定され、駆動対象としての前記励磁機固定子永久磁石を前記対向位置に向けて付勢する弾性体と、
   　静止固定され、前記弾性体の付勢力に抗して、前記励磁機固定子永久磁石を非対向位置に移動させる対抗力を生じさせる駆動機構と、
   　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電磁ポンプ補償電源装置。
3. 　前記励磁機固定子永久磁石は、前記励磁機回転子巻線に対向して静止固定され、
   　前記励磁機固定子永久磁石装置は、
   　前記励磁機回転子巻線と前記励磁機固定子永久磁石間の径方向の中間位置と、前記中間位置から外れた非中間位置との、２つの位置の間を移動可能な磁気シールド部と、
   　静止固定され、駆動対象としての前記磁気シールド部を前記中間位置に向けて付勢する弾性体と、
   　静止固定され、前記弾性体の付勢力に抗して、前記磁気シールド部を非中間位置に移動させる対抗力を生じさせる駆動機構と、
   　をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電磁ポンプ補償電源装置。
4. 　前記電磁ポンプ電源供給部の電源である交流系統母線と同一の交流系統母線を電源とし、交流から直流への変換機能を有し、前記駆動機構への直流電流の供給および遮断機能を有する、直流電源供給部をさらに備え、
   　前記駆動機構は、前記直流電流の遮断とともに前記対抗力を喪失する、
   　ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電磁ポンプ補償電源装置。
5. 　前記駆動機構は、
   　静止固定された電磁ソレノイド支持板と、
   　前記電磁ソレノイド支持板に固定され、前記直流電源供給部より電力を供給され直流電流が流れる電磁ソレノイドコイルと、
   　を有する電磁ソレノイドと、
   　前記弾性体と連結され、前記電磁ソレノイドコイルの通電状態および非通電状態に応じて、前記シャフトの回転軸方向に移動可能な可動部と、
   　前記可動部と前記駆動対象とを連結し、前記電磁ソレノイド可動部と前記駆動対象とを一体で動作させるための連結部と、
   　を備えることを特徴とする請求項４に記載の電磁ポンプ補償電源装置。
6. 　前記駆動機構は、
   　外部に固定された梃子台と、
   　この梃子台に固定された支点を中心に回転可能に支持され、前記支点と前記電磁ソレノイド可能部間の長さは前記支点と他端間の長さに比べて十分大きな長さを有する梃子棒と、
   　をさらに有し、
   　前記可動部は、前記電磁ソレノイドコイルの通電状態および非通電状態に応じて、前記梃子棒を介した一体動作により前記シャフトの回転軸方向に増力して移動可能である、
   　ことを特徴とする請求項５に記載の電磁ポンプ補償電源装置。
7. 　前記直流電源供給部は、
   　前記交流系統母線からの交流電力を直流電力に変換する直流供給ライン整流器と、
   　前記直流供給ライン整流器と電気的に直列に接続され、前記電磁ソレノイドコイル側に設置された、前記電磁ソレノイドコイルへの直流電力供給を遮断する直流供給ライン遮断器と、
   　を備えることを特徴とする請求項５または請求項６記載の電磁ポンプ補償電源装置。
8. 　前記直流電源供給部は、
   　前記交流系統母線からの交流電力の電圧を降下させる降圧変圧器と、
   　前記降圧変圧器で電圧降下した交流電力を直流電力に変換する直流電源装置と、
   　前記直流電源装置からの直流電流を遮断する直流供給ライン遮断器と、
   　前記電磁ポンプの電源供給部の電源供給ラインに設置して前記電源供給部の電流を検出する変流器と、
   　前記電磁ポンプの電源供給部の電源供給ラインに設置して前記電源供給部の電圧を検出する変成器と、
   　通常運転状態において、前記変流器からの電流信号および前記変成器からの電圧信号を入力とし、前記直流電源装置に制御信号を出力する力率制御部と、
   　を備えることを特徴とする請求項５または請求項６記載の電磁ポンプ補償電源装置。
9. 　前記直流電源供給部は、
   　前記同期機側電源供給ラインから分岐して前記電磁ソレノイドコイルに至る経路上に配置されて、前記同期機側電源供給ラインからの交流電力を直流電力に変換する直流供給ライン整流器と、
   　前記直流供給ライン整流器の出力側に接続されて前記電磁ソレノイドコイルへの直流電力供給を遮断する遮断器と、
   　を備えることを特徴とする請求項５または請求項６記載の電磁ポンプ補償電源装置。
10. 　電磁ポンプと、
    　交流系統母線からの電力を所要の周波数および電圧の交流電力に変換して前記電磁ポンプに供給するインバータ装置並びに前記インバータ装置の出力側に接続され交流電力を遮断する電源供給ライン遮断器を有する前記電磁ポンプの電源供給部と、
    　前記電源供給ライン遮断器の電磁ポンプ側で、該電磁ポンプと電気的に接続され、通常運転時の力率改善と電磁ポンプへの交流電源喪失時の電磁ポンプへの電力供給とを行う電磁ポンプ補償電源装置と、
    　を備える電磁ポンプシステムであって、
    　前記電磁ポンプ補償電源装置は、
    　軸を中心に回転するシャフトと、
    　前記シャフトに固定された回転エネルギー貯蔵用のフライホイールと、
    　前記シャフトに固定された励磁機回転子巻線と、
    　前記シャフトに固定され、前記励磁機回転子巻線で生じた交流電流を直流電流に変換する回転整流器と、
    　前記シャフトに固定され、前記回転整流器から直流電流の供給を受ける巻線型同期機回転子巻線と、
    　前記巻線型同期機回転子巻線に対向して静止固定され、前記巻線型同期機回転子巻線とともに巻線型同期機を構成して回転エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する、巻線型同期機固定子巻線と、
    　前記励磁機回転子巻線とともに励磁機を構成する励磁機固定子永久磁石を有して、非励磁状態と励磁状態との２つの状態間の相互の切替えが可能な励磁機固定子永久磁石装置と、
    　前記巻線型同期機固定子巻線と前記電源供給ライン遮断機下流側の交流電源ラインとを接続する同期機側電源供給ラインと、
    　を備えることを特徴とする電磁ポンプシステム。
11. 　前記励磁機固定子永久磁石装置は、
    　静止固定され、駆動対象としての前記励磁機固定子永久磁石を前記対向位置に向けて付勢する弾性体と、
    　静止固定され、前記弾性体の付勢力に抗して、前記励磁機固定子永久磁石を非対向位置に移動させる対抗力を生じさせる駆動機構と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の電磁ポンプシステム。
12. 　前記励磁機固定子永久磁石は、前記励磁機回転子巻線に対向して静止固定され、
    　前記励磁機固定子永久磁石装置は、
    　前記励磁機回転子巻線と前記励磁機固定子永久磁石間の径方向の中間位置と、前記中間位置から外れた非中間位置との、２つの位置の間を移動可能な磁気シールド部と、
    　静止固定され、駆動対象としての前記磁気シールド部を前記中間位置に向けて付勢する弾性体と、
    　静止固定され、前記弾性体の付勢力に抗して、前記磁気シールド部を非中間位置に移動させる対抗力を生じさせる駆動機構と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の電磁ポンプシステム。

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