特許 5887169 導電性液体用誘導電磁ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5887169

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】導電性液体用誘導電磁ポンプ

(51)【国際特許分類】

   H02K 44/06 20060101AFI20160303BHJP

【ＦＩ】

   H02K44/06

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-64650(P2012-64650)

(22)【出願日】2012年3月22日

(65)【公開番号】特開2013-198338(P2013-198338A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183945

【氏名又は名称】助川電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081927

【弁理士】

【氏名又は名称】北條 和由

(72)【発明者】

【氏名】三浦 邦明

(72)【発明者】

【氏名】照山 雄三

【審査官】 安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−１１０１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２０９５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０８４０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第７７９５４５（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ４４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性液体を通すダクト（３）と、このダクト（３）の中に移動磁界を発生させる誘導子（５）とを有する導電性液体用誘導電磁ポンプにおいて、導電性液体を通すダクト（３）の中に配置したコア（１）の端部側に設けた誘導子（５）のコイル（６）、（６）…の巻回数をコア（１）の中央部分に設けたコイル（６）、（６）…の巻回数より少なくし、巻き数の少ない両端部の２組のコイル（６）、（６）…のインピーダンス合計が巻き数の多い中央部のコイル（６）、（６）…のインピーダンスと同じになるよう三相交流電源（７）に接続されていることを特徴とする導電性液体用誘導電磁ポンプ。

【請求項2】

誘導子（５）のコイル（６）、（６）…に同じ三相交流電源（７）を接続し、誘導子（５）にダクト（３）の長手方向に添って正弦波移動磁界が生じるよう三相交流を通電することを特徴とする請求項１に記載の導電性液体用誘導電磁ポンプ。

【請求項3】

両端部の２組のコイル（６）、（６）…が一つの端子部（８）を介して前記三相交流電源（７）に接続され、中央部のコイル（６）、（６）…が他の一つの端子部（９）を介して前記三相交流電源（７）に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の導電性液体用誘導電磁ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ナトリウム等の導電性液体を搬送するために使用される導電性液体用誘導電磁ポンプに関し、さらに具体的には導電性液体を通すダクトに沿って複数の誘導コイルを列べ、この誘導コイルに通電してダクトの中に移動磁界を発生させ、これによりダクト内の導電性液体に推進力を与えて搬送する導電性液体用誘導電磁ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば原子力応用技術等の分野ではナトリウム等の導電性液体を搬送するために、電磁誘導作用により導電性液体に推力を与えて搬送する導電性液体用電磁ポンプが利用されている。このような導電性液体用電磁ポンプは、磁性体製のヨークにコイルを巻いた誘導子により筒状のダクト内部に移動磁界を発生させて同ダクト内を通る導電性液体に推力を与えるものである。

【0003】

このような導電性液体用誘導形電磁ポンプは、例えば特開２００１−１１９９２１１号公報に記載されている。図３は、導電性液体用電磁ポンプの一般的な従来例を簡略化して示している。
この図３に示すように、導電性液体が通るダクト２３の外側には、このダクト２３の長手方向に沿って誘導子２５が設けられている。この誘導子２５は、前記ダクト２３の外周側に固定した積層鉄芯からなるヨーク２４と、このヨーク２４に巻回されたコイル２６、２６…とからなる。このコイル２６、２６…は３の倍数だけダクト２３の長手方向に列べると共に、同ダクト２３をそれぞれ取り巻くように巻かれている。図示の例では、６個のコイル２６、２６…が列んでダクト２３をそれぞれ取り巻くように巻回されている。

【0004】

ダクト２３の中には、前記コイル２６，２６…で発生した磁界の磁路をダクト２３の中に形成するためのコア２１が配置されている。このコア２１とダクト２３との間隙部分が導電性液体の通過する流路となっている。すなわち、この種の誘導形電磁ポンプは、断面環状の流路がダクト２３の長手方向に連続することから、環状流路形リニア誘導電磁ポンプと呼ばれている。

【0005】

このような導電性液体用誘導電磁ポンプでは、誘導子２５のコイル２６、２６…に三相交流を通電することにより、誘導子２５にダクト２３の長手方向、すなわち図３において左または右方向に移動する磁界を発生させる。この磁界は図３においてダクト２３の内側のコアに入ってまたコアから放射方向に出て行きヨーク２４で１周するように発生する。ダクト２３内の導電性液体には、図３において環状流路の円周方向の時計回り方向（または反時計回り方向）に起電力が誘導され、この起電力により誘導電流が誘起される。この磁界と誘導電流により、フィレミング左手の法則に従ってダクト２３内の導電性液体に図３において左右の何れかの方向に推進力が発生し、導電性液体が搬送される。

【0006】

前記導電性液体用誘導電磁ポンプにおいて、誘導子２５によりダクト２３内に磁界が発生する部分は、コア２１により流路断面は環状となり、そのダクト２３とコア２１によってできる環状流路断面積はコア２１の無い部分の断面積より狭くなる。すなわちダクト２３を流れる導電性液体の流路断面積がコア２１の有る部分において狭くなる。従って、流路が急激に狭くなる導電性液体用誘導電磁ポンプの入口において導電性液体が急激に加速し、流路が急激に広くなる導電性液体用誘導電磁ポンプの出口において導電性液体が急激に減速する。これによって導電性液体用誘導電磁ポンプの入口と出口において導電性液体に流動エネルギ損が生じ、導電性液体の搬送効率が悪化する原因となる。

【0007】

誘導電磁ポンプのコイルによって発生する磁束は、駆動力を生み出すが、誘導子２５の入口の直前と出口直後のダクト内の磁束は、それぞれ急激な上昇（入口直前）と下降（出口直後）が生じて、それらの部分に反作用で駆動力と反対方向の磁力が発生する。この反磁力は、前述の導電性液体の搬送効率を更に悪化させるだけでなく、入口部ではキャビテーションの発生原因になったり、円滑な流れを阻害して流れの安定性を損なう原因になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−０１２０２４号公報

【特許文献2】特開２００９−００６３６４号公報

【特許文献3】特開２００６−３４１２８１号公報

【特許文献4】特開平０７−２０４８２９号公報

【特許文献5】特開２００１−１１９９２１１号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、前記従来の導電性液体用誘導電磁ポンプにおける課題に鑑み、導電性液体用誘導電磁ポンプの入口と出口における導電性液体の流動エネルギ損を低減し、導電性液体の円滑な搬送を実現することが出来る導電性液体用誘導電磁ポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明では、前記の目的を達成するため、導電性液体を通すダクト３の中に配置したコア１の端部側に設けたコイル６、６…の巻回数をコア１の中央部分に設けたコイル６、６…の巻回数より少なくし、巻き数の少ない両端部のコイル６、６…と巻き数の多い中央部のコイル６、６…とのインピーダンスの均衡を図るものである。

【0011】

すなわち、本発明による導電性液体用誘導電磁ポンプは、導電性液体を通すダクト３と、このダクト３の中に移動磁界を発生させる誘導子５とを有する導電性液体用誘導電磁ポンプであって、導電性液体を通すダクト３の中に配置したコア１の端部側に設けた誘導子５のコイル６、６…の巻回数をコア１の中央部分に設けたコイル６、６…の巻回数より両端末に行くほど徐々に少なくし、巻き数の少ない両端部の２組のコイル６、６…のインピーダンス合計が巻き数の多い中央部のコイル６、６…のインピーダンスと同じになるよう三相交流電源７に接続されているものである。

【0012】

これらコイル６、６…に同じ三相交流電源７を接続し、三相交流を通電するが、各コイル６、６…にはダクト３の長手方向に添って正弦波移動磁界が生じるように通電する。例えば、両端部の２組のコイル６、６…が一つの端子部８を介して前記三相交流電源７に接続され、中央部のコイル６、６…が他の一つの端子部９を介して前記三相交流電源７に接続されている。

【0013】

このような導電性液体用誘導電磁ポンプでは、コア１の端部に対応する部分、すなわち導電性液体用誘導電磁ポンプの入口及び／又は出口においてコイル６、６…の巻回数がコア１の中央部に対応する誘導電磁ポンプの中間部分のコイル６、６…の巻回数より両端末に行くほど徐々に少なくしているため、導電性液体用誘導電磁ポンプの入口及び／又は出口における出力、すなわち導電性液体の推進力がコア１の中央部に対応する誘導電磁ポンプの中間部分より小さくなる。このため、ポンプの入口及び／又は出口における導電性液体の急激な流速変動を抑えることが出来る。これにより、導電性液体用誘導電磁ポンプの入口及び／又は出口における導電性液体の更なる流動損失や逆磁力を低減することが出来る。また、巻き数の少ない両端部の２組のコイル６、６…のインピーダンス合計が巻き数の多い中央部のコイル６、６…のインピーダンスと同じになるよう三相交流電源７に接続されていることにより、各コイル６の電流を一定にすることが出来、発熱量も一定にすることが出来るので、コイル設計が容易になる。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、本発明による導電性液体用誘導電磁ポンプでは、ポンプの入口及び／又は出口における導電性液体の急激な流速変動を抑え、導電性液体用誘導電磁ポンプの入口及び／又は出口における導電性液体の流動損失を低減することが出来る。これにより効率の良い導電性液体の搬送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】導電性液体用誘導電磁ポンプの一実施例を示す簡略縦断側面図とその誘導子に通電する交流波形の例を示すグラフである。

【図2】前記導電性液体用誘導電磁ポンプの一実施例における誘導子の三相交流電源との結線例を示す結線図である。

【図3】導電性液体用誘導電磁ポンプの従来例を示す縦断側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明では、前記の目的を達成するため、導電性液体を通すダクト３の中に配置したコア１の端部側において、コア１の中央部分より誘導子５の出力を小さくする。そのために、コア１の端部側に設けたコイル６、６…の巻回数をコア１の中央部分に設けたコイル６、６…の巻回数より両端末に行くほど徐々に少なくした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施例による導電性液体用誘導電磁ポンプを示している。これらの図に示すように、腐食性の強い導電性液体の場合のダクト３は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や窒化珪素にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）を合成して得られる窒化珪素系セラミックス（商品名「サイアロン」）等の絶縁体で作られる。腐食性の弱いアルカリ金属等の場合は、ステンレス鋼等の金属ダクトが用いられている。

【0018】

ダクト３の外側には、誘導子５が設けられている。この誘導子５は、前記ダクト３の外側に固定した積層鉄芯からなるヨークと、このヨークに巻回されたコイル６、６…とからなる。図１ではヨークを省略して示しているが、実際には図３に示されたように、コイル６、６…は積層鉄芯からなるヨークに巻回される。コイル６、６…は三相交流を順次流すもので、３の倍数個設けられている。図示の例では、３×２×４＝２４個のコイル６、６…が設けられている。

【0019】

いま図１において矢印で示すようにダクト３の左側から右側に導電性液体が流れるとした場合において、説明の都合から電磁ポンプの入口側の上流から同出口側の下流に向けて前記２４個のコイルの番号をｎ＝０１〜２４の番号で示している。さらに、電磁ポンプの入口側の上流部分、同出口側の下流部分及びそれらの間の中間部分のコイル６、６…を６つと１２個とに分け、各区画をＡ、Ａ’、Ｂの符合で示している。すなわち、入口側の上流部分のＡ区画のコイル６、６…がｎ＝０１〜０６、中間部分のＢ区画のコイル６、６…がｎ＝０７〜１８、出口側の下流部分のＡ’区画のコイル６、６…がｎ＝１９〜２４となっている。図１においては、各区画Ａ、Ａ’、Ｂのいずれに於いても、６つのコイルで１波長ができるように結線されている。

【0020】

ここで、入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…は、その巻数が漸次増大するように巻回されている。その巻数は中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…より巻回数が少ない。他方、出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…は、その巻数が漸次減少するように巻回されている。その巻数は中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…より巻回数が少ない。中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…の巻数は一定であり、入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…や出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…より巻回数が多い。

【0021】

図２に前記ｎ＝０１〜２４のコイル６、６…の三相交流電源７に対する結線例を示す。図示の例では、ＡとＡ’区画と中間部分のＢ区画との結線をわかり易くする為、三相交流電源７は２つの端子部８、９に分けて記載してあり、この端子部８、９を介してコイル６、６…に接続している。入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…と出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…とは、端子部８を介して三相交流電源７に接続されている。また、中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…は、端子部９を介して三相交流電源７に接続されている。中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…の中で、ｎ＝０７〜１２のコイル６、６で１波長になるように結線されており、ｎ＝１３〜１８のコイル６、６で１波長になるように結線されている。

【0022】

コイル６、６…は、３つずつ三相交流電源７とΔ結線をなすように接続されており、前の３つの組のコイルと後の３つの組のコイルとは互いに逆位相となるよう結線され、６つのコイルで１波長になる様にしている。例えば、入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…では、ｎ＝０１〜０３とｎ＝０４〜０６とがそれぞれ端子部８を介して三相交流７のｗ、ｖ、ｕ極とΔ結線をなすように接続されると共に、前のｎ＝０１〜０３のコイル６、６…と後のｎ＝０４〜０６のコイル６、６…とは互いに逆位相となっている。また、出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…では、ｎ＝１９〜２１のコイル６、６…とｎ＝２２〜２４のコイル６、６…とがそれぞれ端子部８を介して三相交流７のｗ、ｖ、ｕ極とΔ結線をなすように接続されると共に、前のｎ＝１９〜２１のコイル６、６…と後のｎ＝２２〜２４のコイル６、６…とは互いに逆位相となっている。しかも入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…と出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…とでは互いに波の形態が連続的な増減を繰り返す様に同位相となっている。さらに、中間部分のＢ区画のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…では、それぞれ６つのコイルで１波長を形成し、ｎ＝０７〜０９のコイル６、６…、ｎ＝１０〜１２のコイル６、６…、ｎ＝１３〜１５のコイル６、６…及びｎ＝１６〜１８のコイル６、６…がそれぞれ別の端子部９を介して三相交流７のｗ、ｖ、ｕ極とΔ結線をなすように接続され、４組のｎ＝０７〜０９のコイル６、６…、ｎ＝１０〜１２のコイル６、６…、ｎ＝１３〜１５のコイル６、６…及びｎ＝１６〜１８のコイル６、６…は順次交互に逆位相となって、６つのコイルで１波長を形成する様になっている。

【0023】

また両端側のＡ区間とＡ’区間のコイルでは、コア１の一方の端側部であるＡ区間のコイル６の最小巻き数のコイルｎ＝０１とコア１の他方の端側部であるＡ’区間のコイル６の最大巻き数のコイルｎ＝１９とを直列に結線している。さらにＡ区間のコイル６の２番目、３番目…に少ない巻き数のコイルｎ＝０２、０３…とＡ’区間の端側のコイル６の２番目、３番目…に多い巻き数のコイルｎ＝２０、２１…とを順次直列に結線している。このように結線することにより、Ａ区間のコイル６とＡ’区間のコイル６との２つ１組のコイルで中間部のコイルｎ＝０７〜１８のコイルと同じインピーダンスにしている。

【0024】

さらにＡ区間ではコイルｎ＝０１をコイルｎ＝０４と、コイルｎ＝０６をコイルｎ＝０３と接続して、６コのコイルで１波長なるようにしている。Ａ’区間ではコイルｎ＝１９をコイルｎ＝２２と、コイル２４をコイルｎ＝２１と接続している。この両側のＡ区間とＡ’区間のコイル間の接続に拠ってコイルのインピーダンスが同じになることによって、コイルに流れる電流が均一になり、発熱も同じになり、コイル設計が容易になる。

【0025】

このように三相交流電源７とコイル６、６…が結線された導電性液体用誘導電磁ポンプにおいて、前記三相交流電源７からコイル６、６…に通電したときのｎ＝０１〜２４のコイル６、６…のダクト３の長手方向に添った出力波形を図１の下段に示す。この例では、ｎ＝０１〜２４のコイル６、６…にわたって４サイクル分の正弦波出力が発生する。また、入口側の上流部分のＡ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…と出口側の下流部分のＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…の巻数が入口では中間部に向かって徐々に増加して出口では出口側に向かって徐々に減少するため、入口側の上流部分のＡ区画と出口側の下流部分のＡ’区画では、中間部分のＢ区画より出力が小さくなる。これによってポンプの入口と出口における導電性液体の推進力が中間部分より小さくなり、それらポンプの入口と出口における導電性液体の急激な磁束低下を抑えることが出来て、ポンプの入口と出口における逆磁力の発生を低減する事が出来る。また巻数の多いコイルと少ないコイルとの均衡をとり、Ａ区画のｎ＝０１〜０６のコイル６、６…とＡ’区画のｎ＝１９〜２４のコイル６、６…との２組のコイルのインピーダンス合計を中間部のｎ＝０７〜１８のコイル６、６…のインピーダンスと同じにしているので、３相交流電源７と接続しても各コイル６の電流を一定にすることが出来、発熱量も一定にすることが出来る。

【0026】

前述した実施例では、説明の都合上コイル６、６…の数をｎ＝０１〜２４の２４個としたが、これは説明の便宜上のもので、その数に限られないことは言うまでもない。また、コイル６、６…に通電する交流も４サイクル分として説明したが、そのサイクル数に限られないことももちろんである。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明は、例えば原子力利用技術分野、放射線利用技術等で使用されるナトリウム等の導電性液体の搬送手段として利用される導電性液体用誘導電磁ポンプに適用することが出来る。

【符号の説明】

【0028】

１ コア
３ ダクト
５ 誘導子
６ 誘導子のコイル

【図1】

【図2】

【図3】