JPH0789734B2 - 環状通路を有するファラデー型電磁ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体ナトリウム等の導電性流体を搬送するこ
との出来る電磁ポンプに関し、特に、ファラデー型電磁
ポンプに関する。

［従来の技術］ 従来、液体ナトリウム等の導電性流体を搬送する場合、
電磁ポンプが利用されている。この電磁ポンプには大き
く分けて二つの形式があり、それはインダクション形電
磁ポンプとファラデー形電磁ポンプである。

前者のインダクション型電磁ポンプは、移動磁界によっ
て導電性流体中に発生する誘導電流と、その移動磁界と
の相互作用によって流体を送るするため、ファラデー型
の様に電極を必要としないので構造的に簡潔である。し
かし、出力特性解析が難しく、流量制御が難しいという
面がある。

他方、ファラデー型電磁ポンプは、例えばステンレス鋼
等から成る断面矩形状或は円形断面の流体通路の上下方
向に磁束を通し、その左右の側壁に電極を取り付けて電
流を流すものである。すなわち、通路の導電性流体にフ
レミングの左手の法則に従った方向に力Ｆを与えて流体
を推進させるため、出力解析が非常に簡単で容易であ
り、流量制御が容易である。

しかし、前記のファラデー型電磁ポンプにおいて、断面
矩形状の流体通路を用いたものでは、通路の断面が矩形
であるがゆえに機械強度や導電性流体の流動抵抗等の点
で難点がある。

また、円形断面の流体通路を使用するものにあっては、
場所によって電極間の距離に差異を生じるため、導電性
流体の局部的な渦流や脈動を生じ、出力解析が難しい。
導電性流体に十分大きな電流を流体に流すために、電極
と通路との間の接触面を大きく取る必要がある。このた
め、電極と通路とを可成り長い円弧面で接合することが
必要であり、接合作業がさらに難しいという欠点があ
る。

そこで、このような問題を解決するため、同心状に配置
した径の異なる２つの円管の間に形成される空間を導電
性流体の通路としたものが提案されている（特開昭51−
111906号公報）。すなわち、同心状に配置した径の異な
る２つの円管の間に形成された空間を電極で仕切ること
で、複数の導電性流体の通路を形成している。そして、
この流体通路の外周側に磁気回路の磁極を配置し、同通
路を円管の径方向に貫くように磁束を通すと共に、前記
電極の間で流体通路の周方向に電流を流す。

この電磁ポンプは、流体通路が基本的に円形であるた
め、前述のような問題が解消される。

［発明が解決しようとしている課題］ 前記流体通路を形成する円管は、液体ナトリウム等の導
電性流体に対して耐触性のあるステンレスが使用され
る。他方、電極には、大電流を流すため、銅が使用され
る。ところが、前記従来の電磁ポンプでは、ステンレス
で作られた円管の間の空間を電極で仕切っているため、
ステンレスである円管と銅である電極との接合が必要と
なる。

ところが、スレンテスと銅とは、溶接の手段により直接
接合するのは困難である。これらを接合する場合は、一
般にニッケルを介して溶接するか、或はロウ付けという
手段が取られる。しかし、ファラデー型電磁ポンプが使
用される高速増殖炉の場合、流体である液体ナトリウム
が600℃にも達するため、これらの接合手段は使用でき
ないのが実情である。

そこで、本発明は、前記の従来技術における問題点に鑑
み、ステンレスと銅との溶接を必要とせずに、流体通路
を通る流体に、円管の周方向へ均一に電流を流すことが
できるファラデー型電磁ポンプを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、前記の本発明の目的は、同心状に配置された
複数の異径の円管10、11の間の空間を周方向に複数に分
割し、導電性流体が円管10、11の軸方向に流通可能な流
体通路13a、13b…と、導電性流体が円管の軸方向に流通
するのが阻止された流体電極部14a、14b…とを交互に設
け、これら流体通路13a、13b…と流体電極部14a、14b…
とに導電性流体を満たすと共に、流体電極部14a、14b…
の円管10、11の周壁部分に極性の異なる電極15a、15a…
を円周方向に交互に配置して接続し、流体通路13a、13b
…の円管10、11の内外周側に磁気回路の対向する磁極を
円周方向に交互に逆磁極となるよう配置したことを特徴
とする環状通路を有するファラデー型電磁ポンプによっ
て達成される。

［作用］ 前記本考案によるファラデー型電磁ポンプでは、同心状
に配置された複数の異径の円管10、11の間の空間を周方
向に複数に分割して交互に設けられた流体通路13a、13b
…と流体電極部14a、14b…とに導電性流体を満たすと共
に、流体電極部14a、14b…の円管10、11の周壁部分に極
性の異なる電極15a、15a…を円周方向に交互に配置して
接続したので、流体通路13a、13b…の内部の導電性流体
には、電極15a、15b…と両側の流体電極部14a、14bとを
通して円管10、11の周方向に電流が流れる。このとき、
隣接する流体通路13a、13b…での電流の方向は逆向きと
なる。

他方、流体通路13a、13b…の円管10、11の内外周側に磁
気回路の対向する磁極を円周方向に交互に逆磁極となる
よう配置したため、流体通路13a、13b…内の導電性流体
には、円管の径方向に磁束が通る。このとき、隣接する
流体通路13a、13b…での磁束が通る方向は交互に逆向き
となる。このため、流体通路13a、13b…内の導電性流体
に円管の軸方向の推力が与えられ、その推力の方向は、
すべての流体通路13a、13b…において同一方向である。

そして、電極15a、15a…は、流体電極部14a、14b…の円
管10、11の周壁部分に電気的に接続すればよく、電極15
a、15b…で円管10、11の間の空間を仕切る必要が無いの
で、円管10、11は、電極材料以外の構造材、つまり円管
と同じ材料で仕切ることができる。このため、直接溶接
が可能であり、強度の高い流路を構成することができ
る。

［実 施 例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら説明する。

第１図において、本発明によるファラデー型電磁ポンプ
は、同心上に組合わせた径の異なる断面円形の二つのス
テンレス管からなる円管10、11を有し、これら二つの円
管10、11の間に形成され環状の空間を円周方向に仕切っ
ている。第１図に示された実施例では、この環状の空間
が隔壁12によって円周方向に８つに分割され、これら分
割された部分は交互に流体通路13a、13b…と流体電極部
14a、14b…とになっている。

前記流体通路13a、13b…には、例えば液体金属ナトリウ
ム等の導電性流体が満たされており、流体電極部14a、1
4b…にも液体金属ナトリウム等の導電性流体が満たされ
ている。

流体電極部14a、14b、14c、14dの外周壁を形成する円管
10の表面に銅等の導電率の優れた材料から成る４個の電
極15a、15b…が各々接続され、これら４個の電極15a、1
5b…は、円周方向に交互に極性が異なっている。すなわ
ち、２つの電極15bと15dは、正の電極として図には示さ
れていない直流電源の正の出力端子に接続され、他の２
つの電極15aと15cは、負の電極として前記直流電源の負
の出力端子に接続されている。

第１図にも示されているように、前記二つの円管10、11
により形成された環状空間の内部と外部には各々継鉄か
らなる内側ヨーク16、16′と外側ヨーク17、17′とが設
けられており、これら外側ヨーク17、17′の一部にコイ
ル18、18′が巻装され、起磁力を発生する。また、前記
内側ヨーク16と外側ヨーク17、前記内側ヨーク16′と外
側ヨーク17′とがそれぞれ組み合わされて２個の磁気回
路を構成する様に配置されている。さらに、これらの内
側ヨーク16、16′と外側ヨーク17、17′とは、前記二つ
の円管10、11により形成された環状空間を内周側と外周
側とから挾んで対向しており、この対向箇所は前記環状
空間の流体通路13a、13b…の部分である。

また、第２図には、前記第１図に示したファラデー型電
磁ポンプの軸方向の断面が示されている。径の小さい円
管11の両端部はその先端が徐々に細くなり、流体の流れ
を乱さないように加工されている。この径の小さい円管
11は、径の大きい円管10の中心軸上にスペーサ19を介し
て固定されている。

次に、このファラデー型電磁ポンプの動作について説明
する。まず、前記の二つの円管10、11の間に形成れた流
体電極部14a、14b、…と、その間に形成された流体通路
13a、13b…に搬送すべき導電性流体が充填される。一
方、前記一対の外側ヨーク17、17′の一部に巻装された
コイル18、18′に電源から電流が供給され、第１図にお
いて矢印で示す方向に、起磁力NIを発生させる。この起
磁力NIは、前記外側ヨーク17、17′そして内側ヨーク1
6、16′を介してこれらの間に挿入されている前記４個
の流体通路13a、13b…に磁界Ｂを生じる。この磁界Ｂの
磁束は、流体通路13a、13cでは円管10、11の内周から外
周に向かって通り、他の流体通路13b、13dでは円管10、
11の外周から内周に向かって通る。すなわち、流体通路
13a、13b…内の導電性流体を磁界Ｂの磁束が通る方向
は、円管10、11の径方向に交互に逆向きとなる。

また、電極の内、２個の電極15b、15dに正の電圧が、一
方、他の２個の電極15a、15cに負の電圧が印加される。
このとき電流Ｉは、正の電流15b、15dからその内側の液
体電極部14b、14d内の導電性流体を流れ、さらに流体通
路13a、13b…の内の導電性流体を円管10、11の円周方向
に流れ、他方の流体電極部14a、14c内の導電性流体から
負の電極15a、15cへと流れる。すなわち、隣接する流体
通路13a、13b…内の導電性流体を流れる電流の方向は互
いに逆向きとなる。

このとき、電流を導通している前記４個の流体通路内の
導電性流体には、いわゆるファラデーの左手の法則に従
った推力Ｆが発生する。この推力Ｆの方向は、前記流体
通路13a、13bに流れる電流Ｉの方向が隣接する流体通路
13a、13b…で互いに逆向きであるが、そこを通る磁束の
方向も互いに逆向きになっているため、それら流体通路
13a、13b…内の導電性流体は、何れも同じ方向に推力Ｆ
を受ける。

この様に、前記実施例のファラデー型電磁ポンプでは、
ポンプを形成する流体通路13a、13b…を２本の円管10、
11の間の空間に形成することが可能であるため、機械的
強度に優れたものとすることが出来る。また、２本の円
管10、11で形成する環状の空間を円周上に複数に分割し
て流体通路13a、13b…と共に、その両側に流体電極部14
a、14b…を設け、電流を前記流体通路13a、13b…内の導
電性流体に円管10、11の円周方向に流れる構造としたこ
とにより、電流の偏在や局部集中による発熱、推力の不
均一による乱流や渦流等が生じにくい。しかも、隔壁12
は電極材料と異なり、円管10、11と同じ材料が使用でき
るので、溶接が容易に行える。例えば、ステンレスと銅
とをNi溶接などで接合するという困難な作業を伴わず、
その製造が比較的容易で、機械的及び熱的に高い強度が
得られるある。

第３図に前記第１図に示すファラデー型電磁ポンプの流
体電極部14aの変形例が示されている。すなわち、ここ
では、流体電極部14aを形成する隔壁12の一部に貫通穴2
0を複数設けている。これらの貫通穴20を通して、隣接
する通路13d、13aを流れる導電性流体の一部が前記流体
電極部14aの内部に流れ込み、これが流体電極部14aの導
体として利用される。また、この変形例では、前記流体
電極部14aの中に導入された導電性流体に発生したガス
も前記貫通穴20を通して外部に抜き取ることができ、特
に600℃にも達する液体ナトリウムを搬送する高速増殖
炉用のファラデー型電磁ポンプとして有利である。

さらに、図中に点線で示されるように、前記流体電極部
14aを形成する空間は、隔壁21によって円管10の軸方向
に、一定区間毎に区切られており、これによって、前記
流体電極部14a内の導電性流体が推力を受けて円管10、1
1の軸方向に移動するのが防止されている。

第４図に第１図に示すファラデー型電磁ポンプの流体電
極部14aの他の変形例が示されている。この変形例で
は、高温での使用において問題となる熱膨張を緩和する
ため、前記液体電極部14aの空間を形成するための一枚
のステンレス板12′を「コ」の字状に加工し、これを内
外壁を構成する円管10、11に接合したものである。ま
た、前記第１図や第３図でも同様であるが、前記流体電
極部14aの外壁に接合されている電極15bには熱応力を緩
和するための複数のスリット22が形成されている。

第５図及び第６図に本発明によるファラデー型電磁ポン
プの他の実施例が示されている。この実施例では、第５
図に示す様に、４個の電極15a、15b、15c、15dが、環状
空間を形成する円管10の外壁上の前記流体電極部14a、1
4b、14c、14dに対応する部分に、円周上に接合されると
共に、前記円管10の軸方向にも電極151a、151b、151c、
151d及び152a、152b、152c、152d等（ただし、図中には
電極151a、151bのみが示されている）が配置されてい
る。これらの電極151a、151b、151c、151d及び152a、15
2b、152c、152d等は、円管10の軸方向においてお互いに
隣接するものとはその極性が異なるように配置されてい
る。例えば、正の電極15aに対し、電極151aは負の電極
に、そして電極152aは正の電極になっている。また、前
記電極15aと電極151aとの間の軸方向の距離ｄは、流体
電極部14a、14b間の周方向の距離Ｄよりも大きく成るよ
うに配置されており、さらに電極15aと15/aの間に絶縁
板19が入れてある。このため、電流は円管10、11の軸方
向には流れず、周方向にのみ流れるようになっている。

さらに、第６図に前記第５図のファラデー型電磁ポンプ
の磁束発生部が示されている。第１図の内側ヨーク16、
外側ヨーク17、そしてコイル18と同様に、内側ヨーク16
1、外側ヨーク171、そしてコイル181とから構成される
磁気回路が円管10の円周上に、かつ、その軸方向に所定
の距離をもって複数配置され、これによって、第５図に
おいて矢印で示すような方向に磁界Ｂを形成している。

第７図に前記第６図に示すファラデー型電磁ポンプの磁
束発生部の変形例が示されている。複数の内側ヨーク16
1′、外側ヨーク171′、コイル181′が交互に円管10、1
1を挾んで結合し、円管10、11の軸方向に対して、内部
から外部へ、外部から内部へ交互に変化する磁界を形成
している。

この実施例では、磁気回路を円管10の軸方向にも複数配
置することが可能となり、導電性流体の推力が大きく、
その搬送力の大きなファラデー型電磁ポンプとすること
が可能となる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電極
材料である銅と円管材料であるステンレス管との接合を
することなく、電流の偏在や局部集中による発熱、推力
の不均一による乱流や渦流の発生のないファラデー型電
磁ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であるファラデー型電磁ポン
プの構造を示す断面を含む斜視図であり、第２図は第１
図に示すファラデー型電磁ポンプの軸方向の断面図であ
り、第３図及び第４図は第１図の流体電極部の変形例を
示す図であり、第５図及び第６図は、本発明になる他の
実施例であるファラデー型電磁ポンプの構造を示す斜視
図及び断面図であり、第７図は前記第６図の磁束発生部
の変形例を示す断面図である。 10、11……円管、12……隔壁、13a、13b、13c、13d……
流体通路、14a、14b、14c、14d……流体電極部、15a、1
5b、15c、15d……電極、16、16′……内側ヨーク、17、
17′……外側ヨーク、18、18′……コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性流体を通す通路を挾んで、同通路を
   通る導電性流体に電流を流す対向する電極（15a）、（1
   5a）…と、導電性流体に前記電流と直行する方向に磁束
   を通す磁気回路とを備えるファラデー型電磁ポンプにお
   いて、同心状に配置された複数の異径の円管（10）、
   （11）の間の空間を周方向に複数に分割し、導電性流体
   が円管（10）、（11）の軸方向に流通可能な流体通路
   （13a）、（13b）…と、導電性流体が円管の軸方向に流
   通するのが阻止された流体電極部（14a）、（14b）…と
   を交互に設け、これら流体通路（13a）、（13b）…と流
   体電極部（14a）、（14b）…とに導電性流体を満たすと
   共に、流体電極部（14a）、（14b）…の円管（10）、
   （11）の周壁部分に極性の異なる電極（15a）、（15a）
   …を円周方向に交互に接続し、流体通路（13a）、（13
   b）…の円管（10）、（11）の内外周側に磁気回路の対
   向する磁極を円周方向に交互に逆磁極となるよう配置し
   たことを特徴とする環状通路を有するファラデー型電磁
   ポンプ。