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特許7562829溶融塩原子炉用のキャンド回転動力式流体機械及び溶融塩原子炉用の流体機械用能動型磁気軸受
(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】
(24)【登録日】2024-09-27
(45)【発行日】2024-10-07
(54)【発明の名称】溶融塩原子炉用のキャンド回転動力式流体機械及び溶融塩原子炉用の流体機械用能動型磁気軸受
(51)【国際特許分類】
H02K 3/34 20060101AFI20240930BHJP
H02K 3/12 20060101ALI20240930BHJP
F04D 7/08 20060101ALI20240930BHJP
F04D 13/06 20060101ALI20240930BHJP
【ＦＩ】
H02K3/34 C
H02K3/12
F04D7/08 A
F04D13/06 C
【請求項の数】
45
(21)【出願番号】P 2023504183
(86)(22)【出願日】2021-07-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-31
(86)【国際出願番号】 DK2021050251
(87)【国際公開番号】W WO2022022792
(87)【国際公開日】2022-02-03
【審査請求日】2023-03-20
(31)【優先権主張番号】PA202070505
(32)【優先日】2020-07-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK
(31)【優先権主張番号】PA202070506
(32)【優先日】2020-07-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK
(73)【特許権者】
【識別番号】523021829
【氏名又は名称】コペンハーゲン アトミクス アーエス
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＰＥＮＨＡＧＥＮ ＡＴＯＭＩＣＳ Ａ／Ｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100127188
【弁理士】
【氏名又は名称】川守田 光紀
(72)【発明者】
【氏名】スタブガルド アスラック
(72)【発明者】
【氏名】ペーデルセン トーマス ヤン
(72)【発明者】
【氏名】シュテンベルグ トーマス
【審査官】中島 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開平０４－０６０２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０６６２８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】英国特許出願公告第０１１２４１０４（ＧＢ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／０８３４７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭６０－０３２５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３３５７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７８０４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００６９６８０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０４６８３１１１（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０４２０９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０６０４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３２４９７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ７／００－ ７／２０
Ｈ０２Ｋ ３／３４
Ｈ０２Ｋ ３／１２
Ｆ０４Ｄ ７／０８
Ｆ０４Ｄ １３／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作動流体とともに動作するように構成されたキャンド回転動力式流体機械であって、前記作動流体のための流入口と前記作動流体のための流出口とを有する渦形室内に配置された羽根車と、
固定子と回転子とを備える誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機と、
前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、
を備え、
前記回転子は、前記羽根車に動作可能に連結され、
前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、
前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられたスロットの内部に分散して配置され、
前記スロットの内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バーによって構成されるとともに、前記導電性硬質バーの各々が１つの前記スロットを１回のみ通って延在し、
前記キャンド回転動力式流体機械は、溶融塩原子炉の溶融塩を作動流体として動作するように構成され、
前記キャンド回転動力式流体機械は、６００℃を超える温度で動作するように構成され、
１つ以上のスペーサによって、前記導電性硬質バーは前記スロットの内部で位置決めされて保持され、前記１つ以上のスペーサは、前記１本以上の導電性硬質バーを前記固定子から電気的に絶縁するべく、前記導電性硬質バーの表面を前記スロットの表面から離間してこれらの間に空隙を作る、
キャンド回転動力式流体機械。
【請求項2】
前記導電性硬質バーは、前記導電性硬質バーが収容される前記スロットの軸方向両端から突出しているとともに、少なくとも複数本の前記導電性硬質バーの突出端部が、他の導電性硬質バーの突出端部に電気的に接続するために屈曲している、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項3】
１つの前記スロットの内部の前記固定子ワインディングが１７本未満の前記導電性硬質バーで構成されている、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項4】
前記導電性硬質バーそれぞれが収容される前記スロットから突出する前記導電性硬質バーの屈曲した端部が、別のスロットに収容される前記導電性硬質バーの屈曲した又は直線状の端部に電気的に接続する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項5】
前記スロット及び前記導電性硬質バーは、直線に沿って前記固定子内に延在する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項6】
前記導電性硬質バーの端部が電気端子において電気的に接続されている、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項7】
前記スペーサは、電気的絶縁性又は低い導電性を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項8】
前記スペーサは、前記導電性硬質バーを、前記スロットの壁から、及び／又は対応する前記スロット内の他の導電性硬質バーから間隔をあけて配置するように構成される、請求項７に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項9】
前記スペーサは、耐火セメントで形成される、請求項７に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項10】
前記スペーサは、前記導電性硬質バーを局所的に支持し、前記スペーサは、対応する前記スロット内の前記導電性硬質バーの長さ方向に沿って軸方向に間隔をあけた２か所以上の位置に設けられる、
請求項７に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項11】
前記スロットそれぞれが１本の前記導電性硬質バーを収容する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項12】
前記導電性硬質バーは、多角形の横断面形状を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項13】
前記導電性硬質バーは、円形、楕円形、又は角を丸めた横断面形状を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項14】
前記導電性硬質バーは、５ｍｍ２以上の横断面積を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項15】
前記導電性硬質バーは、前記スロット内で前記スペーサによってのみ支持されながら、前記モータ又は発電機の動作時に発生する磁力の影響下であっても、前記導電性硬質バーを収容する前記スロットの壁に接触せず、前記導電性硬質バーを収容する前記スロット内の他の導電性硬質バーに接触せずに、形状を保つのに足りる剛性を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項16】
前記回転子と前記キャンとの間に間隙が形成され、前記キャンド回転動力式流体機械は、作動流体の流れを前記間隙に強制的に通すように構成される、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項17】
前記回転子は中空シャフトに取り付けられ、前記中空シャフトは管状空洞部を有し、前記管状空洞部は前記間隙に流体接続されて、前記管状空洞部から前記流入口への作動流体の流れを可能にする、
請求項１６に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項18】
前記導電性硬質バーは、前記スペーサ又は耐火セメントによって前記キャンド回転動力式流体機械の他の構成要素から間隔をあけて配置されることによってのみ絶縁される、請求項１に記載のキャンド回転動力流量機。
【請求項19】
前記導電性硬質バーは、冷却媒体が前記バーを通過して流れるようにするための縦長の管状空洞部を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項20】
前記導電性硬質バーは、長さ方向に延在する複数のフィラメント又は細片によって構成される、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項21】
前記中空シャフトを支持する１つ以上の能動型磁気軸受を備える、請求項１７に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項22】
前記能動型磁気軸受は、軸受固定子と、
軸受回転子と、を備え、
前記軸受固定子は、前記軸受回転子を貫通する磁界を誘導するための軸受固定子ワインディングを備え、
前記軸受固定子ワインディングは、前記軸受固定子に設けられた１つ以上のスロット内に配置され、
前記１つ以上のスロット内の前記軸受固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性の硬質の軸受バーによって構成され、
前記軸受固定子は前記乾燥領域に含まれるとともに、前記軸受回転子は前記作動流体領域に配置される、
請求項２１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【請求項23】
溶融塩原子炉の塩ループであって、６００℃を超える温度で溶融塩を圧送するように構成されたポンプを備え、
前記ポンプは、
作動流体のための流入口と前記作動流体のための流出口とを有する渦形室内に配置された羽根車と、
固定子と回転子とを備える誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機と、
前記固定子を含む乾燥領域からキャンドポンプを構成するために前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、
を備え、
前記回転子は、前記羽根車に動作可能に連結され、
前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、
前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられたスロット内に分散して配置され、
前記スロットの内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バーによって構成され、
前記導電性硬質バーの表面は前記スロットの表面から離間しており、これらの間に空隙が存在する、
溶融塩原子炉の塩ループ。
【請求項24】
溶融塩原子炉の溶融塩ループにおける、６００℃以上の温度を有する溶融塩を圧送するための、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械の使用。
【請求項25】
作動流体とともに動作するキャンド流体機械で使用される、４００℃を超える温度を有する環境で動作するように構成された能動型磁気軸受であって、固定子と、
回転子と、を備え、
前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、
前記能動型磁気軸受は、前記固定子ワインディングへの電流供給を制御するように構成された制御部と通信して前記回転子の位置を検出する手段と、
前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、
をさらに備え、
前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられた１つ以上のスロットの内部に配され、
前記１つ以上のスロットの内部における前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バーによって構成され、
前記１本以上の導電性硬質バーを前記固定子から電気的に絶縁するための１つ以上のスペーサによって、前記導電性硬質バーは前記スロットの内部で位置決めされ、
前記スペーサは、前記導電性硬質バーを局所的に支持し、
前記スペーサは、対応する前記スロット内の前記導電性硬質バーの長さ方向に沿って軸方向に間隔をあけた２か所以上の位置に設けられる、
能動型磁気軸受。
【請求項26】
作動流体とともに動作するキャンド流体機械で使用される、４００℃を超える温度を有する環境で動作するように構成された能動型磁気軸受であって、固定子と、
回転子と、を備え、
前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、
前記能動型磁気軸受は、前記固定子ワインディングへの電流供給を制御するように構成された制御部と通信して前記回転子の位置を検出する手段と、
前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、
をさらに備え、
前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられた１つ以上のスロットの内部に配され、
前記１つ以上のスロットの内部における前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バーによって構成され、
前記１本以上の導電性硬質バーを前記固定子から電気的に絶縁するための１つ以上のスペーサによって、前記導電性硬質バーは前記スロットの内部で位置決めされ、
前記導電性硬質バーは前記スペーサの一部を受容する溝を有し、及び／又は、前記スロットは前記スペーサの一部を受容する溝を有する、能動型磁気軸受。
【請求項27】
前記回転子は、前記回転子を前記作動流体から保護するための格納用外殻部内に収容される、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項28】
１つの前記スロット内部の前記固定子ワインディングは、１７本未満の前記導電性硬質バーで構成される、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項29】
前記導電性硬質バーは、対応する前記スロット内では少なくとも全体として角柱状である、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項30】
前記能動型磁気軸受はラジアル軸受であり、前記スロット及び前記導電性硬質バーは、前記固定子において直線に沿って延在するか、又は、前記能動型磁気軸受はアキシャル軸受であり、前記スロットは周方向に延在するスロットであって、前記導電性硬質バーは、前記固定子の前記周方向に延在するスロット内部に延在する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項31】
前記導電性硬質バーのそれぞれは、前記スロットの所定の１つを１回のみ通って延在する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項32】
前記導電性硬質バーの端部が、対応する前記スロットの外側の位置で、同じ前記スロット内又は別のスロット内の別の硬質バーに電気的に接続される、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項33】
前記スペーサは、電気的絶縁性又は低い導電性を有する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項34】
前記スペーサは、前記導電性硬質バーを、前記スロットの壁、及び／又は対応する前記スロット内の他の導電性硬質バーから間隔をあけて配置するように構成される、請求項３３に記載の能動型磁気軸受。
【請求項35】
前記スペーサは耐火セメントによって形成される、請求項３３に記載の能動型磁気軸受。
【請求項36】
前記導電性硬質バーは、電気絶縁材料に埋め込まれることによって前記スロット内部に位置決めされる、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項37】
前記スロットそれぞれが１本の前記導電性硬質バーを収容する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受
【請求項38】
前記導電性硬質バーは多角形断面形状を有する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項39】
前記導電性硬質バーは、円形、楕円形、又は角を丸めた横断面形状を有する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項40】
前記導電性硬質バーは、５ｍｍ２以上の横断面積を有する、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項41】
前記導電性硬質バーは、前記スペーサ又は耐火セメントによって前記能動型磁気軸受の他の構成要素から間隔をおいて配置されることによってのみ絶縁される、請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受。
【請求項42】
キャンド流体機械で使用するための請求項２５又は２６に記載の能動型磁気軸受であって、前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部を備える、能動型磁気軸受。
【請求項43】
前記回転子と前記固定子との間に間隙を有する、請求項４２に記載の能動型磁気軸受。
【請求項44】
前記回転子は、管状空洞部を有する中空シャフトに取り付けられ、前記管状空洞部は前記間隙に流体接続される、
請求項４３に記載の能動型磁気軸受。
【請求項45】
前記導電性硬質バーは前記スペーサの一部を受容する溝を有し、及び／又は、前記スロットは前記スペーサの一部を受容する溝を有する、請求項１に記載のキャンド回転動力式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、溶融塩原子炉（Molten Salt Reactor：ＭＳＲ）の溶融塩、カバーガス、又は他の高温流体などの作動流体とともに動作するキャンド回転動力式流体機械（canned rotodynamic flow machine）、及び溶融塩原子炉の溶融塩、カバーガス、又は他の高温流体などの作動流体とともに動作する流体機械用能動型磁気軸受に関する。
【背景】
【0002】
溶融塩原子炉は、原子炉冷却材及び／又は核燃料が、融点が５００℃程度までであり、動作温度が６００℃から７００℃程度であり、沸点が融点より１０００℃程度まで高い溶融塩、一般的にはフッ化物塩又は塩化物塩である原子炉である。この種の原子炉には多くの利点があり、その１つは、溶融塩が、大気圧又はそれに近い圧力で動作しながら、非常に高い温度で伝熱媒体として使用できることである。このような原子炉からの熱は、原子炉の出力が熱交換器の温度低下と流量とに正比例した状態で、溶融塩を「炉心」と「熱交換器」の間のループに送り込むことで除去できる。そのため、７００℃の溶融塩を圧送できるとともに、処理能力が高く、寿命が長く、保守が容易で、信頼性が高いポンプが望まれている。溶融塩原子炉ポンプは、溶融フッ化物塩や溶融塩化物塩が腐食性を有するため不活性な格納雰囲気で動作することが必要であり、さらに溶融塩やその蒸気が環境に漏れ出すことは許されないため完全な漏出防止が厳しく要求される。これには難しい技術的課題が伴う。高い放射線レベルに加え、溶融塩の温度及び高反応性により、使用できる好適な材料が少ないためである。例えば、ポンプを駆動する電動モータには永久磁石を使用することができない。この種の磁石は、上述の動作温度に達する前に磁性を不可逆的に失い始めるためである。他の例としては、動的封止材がある。動的封止材はポンプによく使用されるが、溶融塩原子炉用のポンプが晒される温度範囲や高反応性環境では使用できず、一般的には、静的封止材や溶接継手に比べて信頼性がはるかに劣る。
【0003】
溶融塩原子炉は、１９５０年代から１９６０年代にかけてオークリッジ国立研究所（ＯＲＮＬ）で建設されて運転され、１９７０年代まで続いた研究計画や、世界各地の小規模な計画で使用されてきた。ＯＲＮＬでは、ポンプとモータを長いシャフトでつなぎモータをより低い温度と放射線量で維持する「片持ちポンプ」を中心に、多数のポンプ設計が検討された。
【0004】
ＯＲＮＬでは「溶融塩実験炉（Molten Salt Reactor Experiment）」と呼ばれる溶融塩原子炉を数年間運転し、この設計のポンプは油潤滑式軸受を備えた片持ちポンプ型であった。このポンプにはいくつかの問題があり、油が燃料塩の中に漏れることもそのひとつである。
【0005】
他の公知の溶融塩ポンプは、溶融塩を伝熱媒体として使用する集光型太陽熱発電（Concentrated Solar Power：ＣＳＰ）システムで使用されているが、使用する塩（硝酸塩）は、商用の溶融塩原子炉で使用する塩（フッ化物塩又は塩化物塩）とは種類が異なる。硝酸塩は腐食性が低く、溶融塩原子炉の燃料とは異なり、放射性でも有害でもない。したがって、公知の硝酸塩ポンプは、単純な動的シャフト封止材を備えた片持ちポンプである。これらのポンプは広く使用され市販されているが、漏出防止に関しては要件が低い。
【0006】
溶融塩原子炉ポンプに関連する課題の１つは、固定子のワインディングは一般的には絶縁ワイヤを用いて巻線として構成されるが、例えば溶融塩原子炉の溶融塩を扱う際に、上述の動作温度及び動作条件に対応できる固定子ワインディング用ワイヤに使用する好適な絶縁材料が存在しないことである。
【0007】
また、別の課題は、公知の電動モータ及び発電機が溶融塩原子炉の高い動作温度では作動できないため、電動モータ又は発電機ユニットと連結シャフトとを一般的な溶融塩原子炉の媒体の動作温度以下に冷却する必要があり、塩の蒸気が動的封止材、電動モータ、又は発電機内の冷たい表面に析出することである。その結果、設備の寿命が短くなり、運用上の問題又は放射性物質の放出が起こるリスクが高まる。
【0008】
また、別の課題は、公知の軸受が溶融塩原子炉の高い動作温度では十分に作動できないため、電動モータ又は発電機ユニットと連結シャフトとを一般的な溶融塩原子炉の媒体の動作温度以下に冷却する必要があり、塩の蒸気が動的封止材、電動モータ、又は発電機内の冷たい表面に析出することである。その結果、設備の寿命が短くなり、動作上の問題又は放射性物質の放出が起こるリスクが高まる。
【摘要】
【0009】
本発明は、上述した問題点の１つ以上を克服し、あるいは少なくとも軽減できる流体機械を提供することを目的とする。
【0010】
前述及び他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実装形態は、従属請求項、本明細書、及び図面から明らかである。
【0011】
第１の態様によれば、溶融塩原子炉の溶融塩、カバーガス、又は他の高温流体などの作動流体とともに動作するように構成されたキャンド回転動力式流体機械が提供される。前記該キャンド回転動力式流体機械は、前記作動流体のための流入口と前記作動流体のための流出口とを有する渦形室内に配置された羽根車と、固定子と回転子を備える誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機と、前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン（缶）、特に格納用外殻部と、を備える。前記回転子は、前記羽根車に動作可能に連結され、前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、前記固定子ワインディングは、前記固定子に配置された複数のスロットに分散して配置され、前記スロットの内部における前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性の硬質バー、好ましくは硬質銅バーによって構成され、前記導電性硬質バーのそれぞれが１つの前記スロットを１回のみ通って延在し、前記スロットの内部で、前記硬質バーは、１本以上の前記導電性硬質バーを前記固定子から電気的に絶縁するための１つ以上のスペーサによって位置決めされる。
【0012】
固定子ワインディングに導電性硬質バーを使用することで、流体機械の製造や組立ての際に割れないように柔軟であること及び高い動作温度に耐えることが必要である絶縁材料を使用せずに、固定子ワインディングをその周囲から電気的に絶縁できる。また、固定子ワインディングに硬質バーを使用することで、より低い電圧と高い電流で、必要な作動トルク（モータとポンプとの場合）又は必要なエネルギー（発電機と流体モータとの場合）を発生させることができる。硬質バーは、通常のワインディング用ワイヤと同じ固定子スロット充填率でもワイヤと固定子との間の距離を大きくとることができる。それにより、ワイヤ周辺の電気絶縁のための余地の厚みが大きくなり、ワインディング間又はワインディングと固定子若しくは固定子キャンとの間の短絡につながるブレークスルー電圧が高くなる。溶融塩原子炉の高放射線量環境では、ワインディング間又はワインディングと固定子との間に存在する液体や固体がイオン化されてブレークスルー電圧が低下するため、電気絶縁の必要性が高まる。このように、硬質バーにより、電気絶縁が容易になり、機械的安定性が高まり、アーク放電が発生しにくくなる。その結果、装置の動作が安定化して信頼性が高まる。固定子ワインディングに硬質バーを使用して好適な絶縁を行うことで、溶融塩原子炉の動作条件下でモータや発電機を運転することが可能となる。
【0013】
キャンド回転動力式流体機械を使用することで、使用できない又は耐用期間が比較的短い動的封止材が不要となり、漏出の可能性を大幅に低減できる。さらに、硬質固定子バーを用いたキャンド回転動力式流体機械を用いることで、モータや発電機を作動流体で冷却することができる。これにより、当該機械を大幅に簡素化できる。
【0014】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記流体機械は、誘導型又はリラクタンス型のモータによって駆動される回転動力式ポンプを備える。
【0015】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記流体機械は、誘導型又はリラクタンス型の発電機を駆動する回転動力式油圧モータを備える。
【0016】
第１の態様の可能な実装形態によれば、１つの前記スロットの内部の前記固定子ワインディングが、１７本未満の、好ましくは１３本未満の、さらに好ましくは９本未満の前記硬質バーで構成される。
【0017】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、対応する前記スロット内では少なくとも全体として角柱状の硬質バーである。
【0018】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スロット及び前記硬質バーは、前記固定子内では直線に沿って延在する。
【0019】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーのそれぞれは、所定の１つの前記スロットを１回のみ通って延在する。
【0020】
太い硬質バーを使用することで、固定子コア内に配置するためにバーを曲げる必要がなく、力や高価な装置を使って固定子スロットに押し込む必要がないため、ヘアピンコイルなどに関連した問題点を克服できる。
【0021】
さらに、所定の１つのスロットを１回のみ通る太い硬質バーを使用することにより、スペーサ、好ましくはセラミック製スペーサを用いて固定子スロットに固定子コイルを組み付け、固定子バーを対応するスロットに積み重ね、その後、固定子バーを他の固定子バー又は電気端子と電気的に接続することが可能となる。
【0022】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーの端部は、対応する前記スロットの外部の位置で、同じ又は別のスロット内の別の硬質バーと、好ましくは電気接続部によって、電気的に接続されるか、又は電気端子と電気的に接続される。
【0023】
硬質バーの端部を、例えば、別の硬質バー若しくは電気接続部又は端子に接続することで、硬質バーを１本ずつそれぞれのスロットに挿入するだけで固定子の組立て時に硬質バーの端部を電気的に接続することが可能になるため、組立て工程がかなり容易になる。
【0024】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、スロット内部で、１つ以上の電気絶縁スペーサ、好ましくはセラミック製スペーサによって位置決めされる。
【0025】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーはスロット内部で１つ以上の前記スペーサによって位置決めされ、前記スペーサは、好ましくは電気絶縁性又は低い導電性を有し、好ましくはセラミック製スペーサである。
【0026】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは、前記硬質バーを、前記スロットの壁から、及び／又は対応する前記スロット内の他の硬質バーから間隔をあけて配置するように構成される。
【0027】
電気絶縁性のスペーサを使用することで、硬質バーを固定子コア内の定位置に保持できるだけでなく、他の硬質バーや固定子の壁に確実に接触しなくなるため、短絡やアーク放電などの発生を抑制できる。
【0028】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは耐火セメントによって構成され、前記耐火セメントは、好ましくは、前記硬質バーを前記スロット内で位置決めした後に塗布されたものである。
【0029】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは、前記硬質バーを局所的に支持し、前記スペーサは、対応する前記スロット内の前記硬質バーの長さ方向に沿って軸方向に間隔をあけた２か所以上の位置に設けられる。
【0030】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、電気絶縁材料に埋め込まれることによって前記スロットの内部に位置決めされ、前記絶縁材料は、好ましくは耐火セメントである。
【0031】
個々のバーを絶縁して他のバー及び固定子コアの壁と間隔をあけることで、システムの信頼性と安定性が大きく向上する。
【0032】
第１の態様の可能な実装形態によれば、各スロットは、１本の前記硬質バーを含み、前記１本の硬質バーは、好ましくは、スペーサとして機能する電気絶縁材料に埋め込まれている。
【0033】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、多角形の横断面形状、好ましくは矩形の横断面形状を有し、前記多角形の横断面形状の角は、好ましくは丸められている。
【0034】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、円形、楕円形、又は角を丸めた横断面形状を有する。
【0035】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、１６ｍｍ２以上、好ましくは１３ｍｍ２以上、より好ましくは１０ｍｍ２以上、さらに好ましくは７ｍｍ２以上、最も好ましくは５ｍｍ２以上の横断面積を有している。
【0036】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、前記スペーサのみによって前記スロット内に支持されながら、モータ又は発電機の動作時に発生する電磁力の影響下であっても、硬質バーを収容するスロットの壁に接触せず、固定子のモータキャン壁に接触せず、さらに、他の硬質バーに接触せずにその形状を維持するのに足りる剛性を有する。
【0037】
屈曲可能なワイヤなどの代わりに硬質バーを使用することで、硬質バーの原形を実質的に維持することが可能となり、電磁的、機械的、及び熱的応力が発生しても硬質バーと固定子及び／又はキャンとの接触を防止できる。さらに、高い充填率と良好な電気効率を維持しながら一般的なワインディング用ワイヤと比較して導体間隔を大幅に広げることが可能となり、個々の導体間や導体と固定子との間に電気絶縁性の機械的スペーサを採用することも可能となる。
【0038】
回転子は、作動流体から回転子を保護するために、好ましくは格納用外殻部に格納され、当該格納用外殻部とキャンとの間には間隙が形成される。
【0039】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子と前記キャンとの間に間隙が形成され、前記キャンド回転動力式流体機械は、好ましくは、作動流体の流れを強制的に前記間隙に通すように構成される。
【0040】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機は、前記間隙内の作動流体の流れによって冷却されるように構成される。
【0041】
当該間隙に作動流体を流すことで、キャンド回転動力式流体機械の冷却と軸受の潤滑を同時に行うことが可能になる。これにより、提案されて検討されている他のタイプの溶融塩ポンプに必要な油性潤滑剤などの潤滑剤が不要となり、回転動力式機械の動作がより安定する。また、油による潤滑が不要になるため、作動流体に油が漏れるリスクがなくなる。
【0042】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、作動流体の流れを１本以上の流路に通すために、軸方向に貫通する１本以上の流路を有し、前記流路は前記間隙に流体接続される。
【0043】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は中空シャフトに取り付けられ、前記中空シャフトは管状空洞部を有する。前記管状空洞部は、前記間隙に流体接続され、前記管状空洞部から前記流入口への作動流体の流れが可能となる。
【0044】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記キャンド回転動力式流体機械は、５００℃を超える温度を有する作動流体とともに動作するように構成されている。
【0045】
溶融塩の作動流体の温度に合わせて、キャンド回転動力式流体機械の動作温度を５００℃超にすることで、作動流体の塩が析出するような冷たい面がないため塩が析出しない。そのため、回転動力式流体機械の寿命が長くなり、より安定した信頼性の高い動作が可能になる。
【0046】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記モータ又は発電機は、ヘアピンの各バーが所定の１つのスロットのみを通って延在するヘアピンワインディングモータ又はヘアピンワインディング発電機である。硬質バーは、ヘアピンワインディングの半分に相当すると考えることができる。
【0047】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記バーは、前記スペーサによって又は前記耐火セメントによって前記キャンド回転動力式流体機械の他の要素から間隔をあけて配置されることによってのみ絶縁され、前記硬質バーは、好ましくは、前記スペーサに加えて前記電気接続部又は前記端子にのみ接触している。
【0048】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記固定子の周方向における前記スロットの幅は、１本の前記硬質バーに対応する空間を提供する。
【0049】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、絶縁材料によって包囲されていない。
【0050】
第１の態様の可能な実装形態によれば、１つの前記スロット内の前記硬質バーは、径方向に積み重ねられる。
【0051】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記キャンド回転動力式流体機械はキャンド回転動力式のポンプ又は圧縮機であり、前記誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機は誘導型又はリラクタンス型のモータである。
【0052】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記キャンド回転動力式流体機械はキャンド回転動力式のモータであり、前記誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機は誘導型又はリラクタンス型の発電機である。
【0053】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットは、前記固定子において分散して放射状に配置され、好ましくは、前記固定子において均等に分散して放射状に配置される。
【0054】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットの長さ方向全体が軸方向に配置され、前記スロットは、好ましくは、前記固定子の軸方向全体を貫通して延在している。
【0055】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットは、前記固定子の内周面に対して径方向に開口している。
【0056】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、前記回転子と一体に回転し前記回転子の素材を作動流体から分離する外殻部に、少なくとも部分的に包囲されている。
【0057】
回転子を外殻部で包囲することで、回転子と作動流体を分離して、キャンド回転動力式流体機械の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【0058】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記外殻部は、少なくとも部分的に薄肉パイプによって形成され、その薄肉パイプは、好ましくは、ステンレス鋼又は高ニッケル鋼合金（例えばハステロイＮ）製である。
【0059】
ステンレス鋼やニッケル鋼合金を使用することで、キャンド回転動力式流体機械の耐腐食性を高めることができる。また、それらは安価で入手しやすいため、キャンド回転動力式流体機械の組立て及び設置にかかる費用が削減される。
【0060】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、前記回転子内部に分散して径方向に配置された導電性硬質回転子バーが設けられた、磁気伝導性プレートの積層体を備える。
【0061】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、前記回転子内部に分散して径方向に配置された空隙が設けられた、磁気伝導性プレートの積層体を備える。
【0062】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、前記バーを通って冷却媒体が流れることを可能にするための縦長の管状空洞部を有する。
【0063】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、好ましくは銅製のフィラメント又は細片である、長さ方向に延在する複数のフィラメント又は細片を一体に接合することで形成され、前記フィラメント又は細片は、例えば、低導電性合金又はセラミック製結合剤を用いたろう付けによって一体に接合される。
【0064】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記キャンド回転動力式流体機械は、前記シャフトを支持する１つ以上の能動型磁気軸受を備える。
【0065】
第１の態様の可能な実装形態によれば、前記能動型磁気軸受は固定子と回転子とを備え、前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられた１つ以上のスロットに分散して配置され、前記１つ以上のスロット内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バー、好ましくは硬質銅バーによって構成される。
【0066】
第２の態様によれば、固定子及び回転子を備える誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機が提供される。前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備え、前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられたスロットに分散して配置され、前記スロットの内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バー、好ましくは硬質銅バーによって構成される。
【0067】
第３の態様によれば、溶融塩原子炉の溶融塩ループが提供される。前記溶融塩ループは、溶融塩を圧送するためのポンプを備える。前記ポンプは、前記作動流体のための流入口及び前記作動流体のための流出口を有する渦形室内に配置された羽根車と、固定子と回転子とを備える誘導型又はリラクタンス型のモータ又は発電機と、前記固定子を含む乾燥領域からキャンドポンプを構成するために前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、を備える。前記回転子は、前記羽根車に動作可能に連結される。前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備える。前記固定子ワインディングは、前記固定子に設けられたスロット内に分散して配置される。前記スロットの内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バー、好ましくは硬質銅バーによって構成される。
【0068】
第４の態様によれば、溶融塩ループにおける、好ましくは溶融塩原子炉の溶融塩ループにおける、４００℃以上、好ましくは５００℃超、より好ましくは６００℃超の温度を有する溶融塩を圧送するためのキャンドポンプの使用が提供される。
【0069】
第５の態様によれば、４００℃を超える、好ましくは５００℃を超える、より好ましくは６００℃を超える温度を有する環境において動作するように構成された能動型磁気軸受が提供される。前記能動型磁気軸受は、固定子と回転子とを備え、前記固定子は、前記回転子を貫通する磁界を誘導するための固定子ワインディングを備える。前記能動型磁気軸受は、前記固定子ワインディングへの電流供給を制御するように構成された制御部と通信して、前記回転子の位置を検出する手段をさらに備え、前記固定子ワインディングは、前記固定子内に設けられた１つ以上のスロットに分散配置され、前記１つ以上のスロット内部の前記固定子ワインディングの部分は、１本以上の導電性硬質バー、好ましくは硬質銅バーによって構成され、前記硬質バーは、前記１本以上の導電性硬質バーを前記固定子から電気的に絶縁するための１つ以上のスペーサによって前記スロットの内部で位置決めされる。
【0070】
固定子ワインディングに導電性硬質バーを使用することで、流体機械の製造や組立ての際に割れないように柔軟であること及び高い動作温度に耐えることが必要である絶縁材料を使用せずに、固定子ワインディングをその周囲から電気的に絶縁できる。また、固定子ワインディングに硬質バーを使用することで、より低い電圧と高い電流で、必要な作動トルク（モータとポンプとの場合）又は必要なエネルギー（発電機と流体モータとの場合）を発生させることができる。硬質バーは、通常のワインディング用ワイヤと同じ固定子スロット充填率でもワイヤと固定子との間の距離を大きくとることができる。それにより、ワイヤ周辺の電気絶縁のための余地の厚みが大きくなり、ワインディング間又はワインディングと固定子若しくは固定子キャンとの間の短絡につながるブレークスルー電圧が高くなる。溶融塩原子炉の高放射線量環境では、ワインディング間又はワインディングと固定子との間に存在する液体や固体がイオン化されてブレークスルー電圧が低下するため、電気絶縁の必要性が高まる。このように、硬質バーにより、電気絶縁が容易になり、機械的安定性が高まり、アーク放電が発生しにくくなる。その結果、装置の動作が安定化して信頼性が高まる。固定子ワインディングに硬質バーを使用して好適な絶縁を行うことで、溶融塩原子炉の動作条件下でモータや発電機を運転することが可能となる。
【0071】
第５の態様の可能な実装形態によれば、１つの前記スロットの内部の前記固定子ワインディングは、１７本未満の、好ましくは１３本未満の、さらに好ましくは９本未満の前記硬質バーで構成されている。
【0072】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、対応する前記スロット内では少なくとも全体として角柱状の硬質バーである。
【0073】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記能動型磁気軸受はラジアル（径方向）軸受であり、前記スロット及び前記硬質バーは前記固定子内で直線に沿って延在する。
【0074】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記能動型磁気軸受はアキシャル（軸方向）軸受であり、前記スロットは周方向に延在するスロットであり、前記硬質バーは、前記固定子内で前記周方向に延在するスロット内部に延在する。
【0075】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーのそれぞれは、所定の１つの前記スロットを１回のみ通って延在する。
【0076】
太い硬質バーを使用することで、固定子コア内に配置するためにバーを曲げる必要がなく、力や高価な装置を使って固定子スロットに押し込む必要がないため、ヘアピンコイルなどに関連した問題点を克服できる。
【0077】
さらに、所定の１つのスロットを１回のみ通る太い硬質バーを使用することにより、スペーサ、好ましくはセラミック製スペーサを用いて固定子スロットに固定子コイルを組み付け、固定子バーを対応するスロットに積み重ね、その後、固定子バーを他の固定子バー又は電気端子と電気的に接続することが可能となる。
【0078】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーの端部は、対応する前記スロットの外部の位置で、同じ又は別のスロット内の別の硬質バーと、好ましくは電気接続部によって電気的に接続されるか、又は電気端子と電気的に接続される。
【0079】
硬質バーの端部を、例えば、別の硬質バー若しくは電気接続部又は端子に接続することで、硬質バーを１本ずつそれぞれのスロットに挿入するだけで固定子の組立て時に硬質バーの端部を電気的に接続することが可能になるため、組立て工程がかなり容易になる。
【0080】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは電気絶縁性又は低い導電性を有し、好ましくはセラミック製スペーサである。
【0081】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは、前記硬質バーを、前記スロットの壁から、及び／又は対応する前記スロット内の他の硬質バーから間隔をあけて配置するように構成される。
【0082】
電気絶縁性のスペーサを使用することで、硬質バーを固定子コア内の定位置に保持できるだけでなく、他の硬質バーや固定子の壁に確実に接触しなくなるため、短絡やアーク放電などの発生を抑制できる。
【0083】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは耐火セメントによって構成され、前記耐火セメントは、好ましくは、前記硬質バーを前記スロット内で位置決めした後に塗布されたものである。
【0084】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スペーサは、前記硬質バーを局所的に支持し、前記スペーサは、対応する前記スロット内の前記硬質バーの長さ方向に沿って軸方向に間隔をあけた２か所以上の位置に設けられる。
【0085】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、電気絶縁材料に埋め込まれることによって前記スロットの内部に位置決めされ、前記絶縁材料は、好ましくは耐火セメントである。
【0086】
個々のバーを絶縁して他のバー及び固定子コアの壁と間隔をあけることで、システムの信頼性と安定性が大きく向上する。
【0087】
第５の態様の可能な実装形態によれば、各スロットは、１本の前記硬質バーを含み、前記１本の硬質バーは、好ましくはスペーサとして機能する電気絶縁材料に埋め込まれている。
【0088】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、多角形の横断面形状、好ましくは矩形の横断面形状を有し、前記多角形の横断面形状の角は、好ましくは丸められている。
【0089】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、円形、楕円形、又は角を丸めた横断面形状を有する。
【0090】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、１６ｍｍ２以上、好ましくは１３ｍｍ２以上、より好ましくは１０ｍｍ２以上、さらに好ましくは７ｍｍ２以上、最も好ましくは５ｍｍ２以上の横断面積を有している。
【0091】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、前記スペーサのみによって前記スロット内に支持されながら、モータ又は発電機の動作時に発生する電磁力の影響下であっても、硬質バーを収容するスロットの壁に接触せず、固定子のモータキャン壁に接触せず、さらに、他の硬質バーに接触せずにその形状を維持するのに足りる剛性を有する。
【0092】
屈曲可能なワイヤなどの代わりに硬質バーを使用することで、硬質バーの原形を実質的に維持することが可能となり、電磁的、機械的、及び熱的応力が発生しても硬質バーと固定子及び／又はキャンとの接触を防止できる。さらに、高い充填率と良好な電気効率を維持しながら一般的なワインディング用ワイヤと比較して導体間隔を大幅に広げることが可能となり、個々の導体間や導体と固定子との間に電気絶縁性の機械的スペーサを採用することも可能となる。
【0093】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記能動型磁気軸受は、ヘアピンの各バーが所定の１つのスロットを１回のみ通って延在するヘアピンワインディング能動型磁気軸受である。
【0094】
回転子は、作動流体から回転子を保護するために、好ましくは格納用外殻部に格納されるとともに、格納用外殻部と固定子を作動流体から分離するキャンとの間に間隙が形成される。
【0095】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子と前記キャンとの間に間隙が形成される。
【0096】
第５の態様の可能な実装形態によれば、能動型磁気軸受が前記間隙内の作動流体の流れによって冷却されるように構成される。
【0097】
この間隙に作動流体を流すことで、複数の能動型磁気軸受の冷却を同時に行うことが可能になる。これにより、提案されている他のタイプの軸受に必要な油性潤滑剤などの潤滑剤が不要となり、能動型磁気軸受の動作がより安定する。また、油による潤滑が不要になるため、作動流体に油が漏れる可能性がなくなる。
【0098】
第５の態様の可能な実装形態によれば、作動流体の流れを１本以上の流路に通すために、前記回転子は、軸方向に貫通する１本以上の流路を有し、前記流路は、前記間隙に流体接続される。
【0099】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は中空シャフトに取り付けられ、前記中空シャフトは管状空洞部を有する。前記管状空洞部は前記間隙に流体接続され、前記管状空洞部から前記流入口への作動流体の流れが可能となる。
【0100】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記能動型磁気軸受は、５００℃を超える温度を有する作動流体とともに動作するように構成されている。
【0101】
溶融塩の作動流体の温度に合わせて、能動型磁気軸受の動作温度を５００℃超にすることで、作動流体の塩が析出するような冷たい面がないため塩が析出しない。そのため、能動型磁気軸受の寿命が長くなり、より安定した信頼性の高い動作が可能になる。
【0102】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記バーが、セメントによって能動型磁気軸受の他の要素から間隔をあけて配置されることによってのみ絶縁され、前記硬質バーが、好ましくは、前記スペーサに加えて前記電気接続部又は前記端子にのみ接触している。
【0103】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記固定子の周方向における前記スロットの幅は、１本の前記硬質バーに対応する空間を提供する。
【0104】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質バーは、絶縁材料によって包囲されていない。
【0105】
第５の態様の可能な実装形態によれば、１つの前記スロット内の前記硬質バーは、径方向に積み重ねられる。
【0106】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットは、前記固定子において分散して放射状に配置され、好ましくは、前記固定子において均等に分散して放射状に配置される。
【0107】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットの長さ方向全体が軸方向に配置され、前記スロットは、好ましくは、前記固定子の軸方向全体を貫通して延在している。
【0108】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記スロットは、前記固定子の内周面に対して径方向に開口している。
【0109】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、前記回転子と一体に回転し前記回転子の素材を作動流体から分離する外殻部に、少なくとも部分的に包囲されている。
【0110】
回転子を外殻部で包囲することで、回転子と作動流体を分離して能動型磁気軸受の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【0111】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記外殻部が、少なくとも部分的に薄肉パイプによって形成され、その薄肉パイプが、好ましくは、ステンレス鋼又は高ニッケル鋼合金（例えばハステロイＮ）製である。
【0112】
ステンレス鋼やニッケル鋼合金を使用することで、キャンド回転動力式流体機械の耐腐食性を高めることができる。また、それらは安価で入手しやすいため、キャンド回転動力式流体機械の組立て及び設置にかかる費用が削減される。
【0113】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記回転子は、磁気伝導性プレートの積層体を備える。
【0114】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質固定子バーは、前記バーを通って冷却媒体が流れることを可能にするための縦長の管状空洞部を有する。
【0115】
第５の態様の可能な実装形態によれば、前記硬質固定子バーは、好ましくは銅製のフィラメント又は細片である、長さ方向に延在する複数のフィラメント又は細片を一体に接合することで形成され、前記フィラメント又は細片は、例えば、低導電性合金又はセラミック製結合剤を用いたろう付けによって一体に接合される。
【0116】
第５の態様の可能な実装形態によれば、いずれかの可能な実装形態に係る能動型磁気軸受は、キャンド流体機械で使用されるために構成される。前記能動型磁気軸受は、前記固定子を含む乾燥領域から前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部をさらに備え、前記回転子は、好ましくは、前記回転子を作動流体から保護するための格納用外殻部に収容される。
【0117】
キャンド回転動力式流体機械に能動型磁気軸受を使用することで、全く使用できない又は寿命が比較的短い動的封止材が不要となり、漏出の可能性を大幅に低減することができる。さらに、能動型磁気軸受を使用することで、回転動力式流体機械を高速回転で使用することができる。それは、例えば、圧縮性の作動流体の圧縮機として回転動力式流体機械を使用する場合に有用である。
【0118】
第６の態様によれば、溶融塩原子炉のための溶融塩ループが提供される。前記溶融塩ループは、溶融塩を圧送するためのポンプを備える。前記ポンプは、作動流体のための流入口と前記作動流体のための流出口とを有する渦形室内に配置されてシャフトに取り付けられた羽根車であって、前記シャフトは好ましくは管状空洞部を有する中空シャフトである羽根車と、固定子と、前記シャフトに取り付けられた回転子とを備える誘導型又はリラクタンス型のモータと、前記固定子を含む乾燥領域からキャンドポンプを構成するために前記回転子が配置された作動流体領域を分離するキャン、特に格納用外殻部と、を備える。前記回転子は、前記シャフトによって前記羽根車に動作可能に連結される。前記シャフトは、回転運動用及び／又は直線運動用の能動型電磁軸受によって懸架されている。
【0119】
第７の態様によれば、キャンド溶融塩ポンプ、好ましくは溶融塩ループ内のキャンド溶融塩ポンプ、より好ましくは溶融塩原子炉の溶融塩ループ内のキャンド溶融塩ポンプにおける、シャフトを懸架するための直線運動用又は回転運動用の能動型電磁軸受の使用が提供される。
【0120】
これら及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0121】
本開示の以下の詳述部分では、態様、実施形態、及び実装形態が、図面に示される例示的な実施形態を参照してより詳細に説明される。
【図1】一実施形態に係る流体機械の構成を示す図である。
【図17】溶融塩原子炉の現場での流体機械の一実施形態を示す図である。
【図18a】能動型磁気軸受を備えた流体機械の一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0122】
図１から図１７を参照し、回転動力式流体機械１の一実施形態を説明する。回転動力式流体機械１は、キャンド回転動力式ポンプ又は圧縮機と、誘導型又はリラクタンス型のモータを備える。あるいは、キャンド回転動力式流体機械は、キャンド回転動力式モータと、誘導型又はリラクタンス型の発電機を備える。
【0123】
以下の説明では、回転動力式ポンプが電動モータによって駆動される一実施形態を参照しながら、回転動力式流体機械１について説明する。しかし、別の実施形態では、流体モータによって駆動される発電機を用いて当該機械を構成できることが理解される。したがって、誘導型又はリラクタンス型のモータで回転動力式ポンプを駆動してもよいし、回転動力式流体モータで誘導型又はリラクタンス型の発電機を駆動してもよい。一実施形態では、モータ及び発電機の設定は可逆的であり、流体機械は、流体モータが発電機を駆動する動作モードと、電動モータがポンプ又は圧縮機を駆動する別の動作モードとを有する。以下の実施形態では、ポンプを駆動する電動モータを参照して流体機械を説明するが、ここで説明する解決策と原理は、当該機械が流体モータによって駆動される発電機である場合にも適用されることが理解される。
【0124】
回転動力式ポンプ１は、例えば、４００℃を超える、好ましくは５００℃を超える、より好ましくは６００℃を超える高温で動作するように構成される。
【0125】
図１７に示すような一般的な溶融塩原子炉４０の構成において、複数の遠心式流体機械１が含まれる。各流体機械１は、炉心４１を冷却するための熱交換器４２及び／又は冷却水ループ４４又は４５に接続される。燃料塩ループ４３が核反応を駆動し制御するための燃料塩を供給し、さらに、熱交換器４２が原子炉冷却材ループ４４及び二次冷却材ループ４５を介して一次原子炉冷却材及び二次原子炉冷却材を供給する。溶融塩の流れを循環させ駆動させるために、回転動力式流体機械１が使用される。
【0126】
本実施形態では、回転動力式機械１は、流体流入口４と流体流出口５とを有する渦形室３からなる回転動力式ポンプ１である。羽根車６は渦形室３の内部に配置される。羽根車６は、渦形室３とともに、原子炉溶融塩等の高温液体を圧送する遠心ポンプ、又は溶融塩原子炉のカバーガス等の高温ガスを圧縮する圧縮機を構成する。さらに、羽根車６はシャフト７と回転子８との組立体に接続され、回転子８は固定子１０に収容される。
【0127】
好ましくは、羽根車６は、羽根車組立体の安定性に寄与するため円錐形の前面と裏面を持つ「閉鎖型羽根車」であり、溶融塩フィルムによって潤滑される「ジャーナル軸受」として機能する。
【0128】
回転動力式ポンプ１は、電気誘導型又はリラクタンス型のモータのための筐体２を備える。当該モータは、筐体２に取り付けられた渦形室３内に配置された羽根車６を駆動する。羽根車６は、開放型又は閉鎖型の羽根車であってもよく、回転子８と羽根車６との組立体の安定性に寄与するため円錐形の前面と裏面を有してもよい。
【0129】
電気端子２１は、筐体２の内側から筐体２の開口部を通って筐体２の外側に延びている。開口部には、電気絶縁体２４、２５、好ましくはセラミック製絶縁体２４、２５、又は高温環境下での動作に適した別の絶縁体２４、２５が設けられる。
【0130】
シャフト７は、回転子８と羽根車６との組立体を接続する。シャフト７は、一実施形態では、管状空洞部２２を有する中空シャフトであり、シャフト７内の管状空洞部２２を通って作動流体を流すことができる。当該シャフトは、羽根車側の第１の転がり軸受１５と、回転動力式ポンプ１の他方の側の第２の転がり軸受１６によって筐体２及び渦形室６から回転可能に懸架され、軸方向及び径方向に支持される。
【0131】
回転子８はキャンドロータであり、回転子８を含む作動流体領域と固定子１０からなる乾燥領域とを分離する薄肉のキャン１８内に位置する。作動流体が溶融塩の場合、これが回転子８の銅成分や鉄成分を腐食させるおそれがあるため、回転子８は作動流体から分離される。
【0132】
そこで、薄肉の格納用外殻部１７で回転子を包囲することにより、回転子８とキャン１８との間には間隙２０が形成される。作動流体は、間隙２０を通って流れるようになる。外殻部１７は回転子８と一体に回転し、回転子８の材料を作動流体から分離する。外殻部１７は、少なくとも一部が、ステンレス鋼又はハステロイＮなどの高ニッケル鋼合金製の薄肉パイプで構成される。
【0133】
間隙２０はシャフト７の管状空洞部２２に流体接続される。これにより、羽根車６から間隙２０へ、さらに間隙２０から管状空洞部２２を通って流入口４（羽根車６の「目」）へ戻る作動流体の迂回流が可能になる。図示しない一実施形態では、回転子は、間隙２２と流入口４を接続して流れを戻す流路を備えている。
【0134】
羽根車側では、間隙２０は、渦形室３における径方向外側の領域、すなわち高圧領域に接続している。羽根車側では、管状空洞部２２は渦形室６の中心部（「羽根車の目」）、すなわち低圧領域に接続している。圧力差により、高圧領域から間隙２０、管状空洞部２２を経て低圧領域へ作動流体の迂回流を強制的に発生させる。その結果、間隙２０と管状空洞部２２を通る作動流体の流れは、熱を吸収し（誘導型又はリラクタンス型のモータを冷却し）、誘導型又はリラクタンス型のモータから熱を取り除く。同時に、作動流体は、第１の転がり軸受１５及び第２の転がり軸受１６を潤滑する。シャフト７の管状空洞部２２に入ると、作動流体は羽根車６の組立体の流入口４に向かって押し流される。間隙２０と、中空シャフト７と、羽根車６の流入口４とを接続することで、作動流体の間断のない流れが可能になる。その結果、誘導型又はリラクタンス型のモータが間断なく冷却され、第１の転がり軸受１５及び第２の転がり軸受１６が間断なく潤滑される。
【0135】
羽根車６と回転子８との組立体は、機械的な軸受１５及び１６によって、好ましくは転がり軸受又はプレーン軸受によって両端が支持される。軸受１５及び１６は、軸方向にも径方向にも支持する深溝玉軸受、あるいはアンギュラコンタクト軸受、ジャーナル軸受、又はティルティングパッド流体軸受等の従来の軸受であってもよい。軸受１５及び１６は、例えば、ステンレス鋼等の耐腐食性鋼、ニッケル合金（例えばハステロイＮ等のニッケル合金）、又は耐腐食性鋼又はニッケル合金を硬質金属炭化物で被覆したもので形成されてもよい。あるいは、セラミック製軸受（例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４））であってもよい。
【0136】
第１の転がり軸受１５及び第２の転がり軸受１６は、両方ともラジアル軸受及びアキシャル（スラスト）軸受として機能する。図１８から図２２に示す別の実施形態では、回転動力式流体機械１は、高温に適した材料からなる能動型磁気軸受を備え、この軸受は、電磁的懸架を用いてシャフト７に軸方向及び径方向の支持を提供する。図示しないさらに別の実施形態では、第１の転がり軸受１５及び第２の転がり軸受１６の代わりに、作動流体によって潤滑される滑り軸受が用いられ、ラジアル軸受及びアキシャル（スラスト）軸受として機能する。
【0137】
羽根車６を駆動する電動モータは、固定子１０と回転子８とからなる誘導型又はリラクタンス型のモータである。回転子８は、シャフト７によって羽根車６に連結されている。一実施形態では、電動モータは非同期誘導モータである。
【0138】
回転子８（図１６ａから図１６ｃに図示）は、所定の位置に鋳造された導電性の銅かご１４によって囲まれている積層鉄製コア２８を有するかご形回転子であってもよい。導電性の銅回転子バー１４はわずかに斜めになっていてもよく、回転子８の「かご」を形成する。回転子８の端部環３０、３１は、銅製の硬質円盤又は円筒３０、３１で形成してもよい。
【0139】
鉄や銅はフッ化物や塩化物の溶融塩とは化学的に相溶性がないが、溶融塩は導電性を有するため、鉄や銅も電圧の印加により電解腐食や電気分解を起こす。したがって、固定子１０と回転子８の両方が塩媒体から機械的に分離される。ステンレス鋼３１６Ｌは、塩に対する耐食性が良好で、安価で入手しやすいため、回転子８及び固定子１０をそれぞれ作動媒体から分離する薄肉キャン１８及び薄肉外殻部１７を含め、流体機械１の大部分はステンレス鋼３１６Ｌで形成される。
【0140】
固定子１０は、中空円筒状の固定子コア２６を有し、固定子コア２６の内側部分に複数のスロット１１が形成される。好ましくは、スロット１１は、固定子の周方向に均等に分布している。本実施形態では、各スロット１１は、固定子１０の径方向内側に開口し、固定子コア２６の軸方向全長にわたって延在する。
【0141】
固定子ワインディング１２は、溶融塩（例えば溶融フッ化物塩又は塩化物塩）環境での電圧の印加による電解腐食及び電気分解を受ける可能性があり、作動流体領域から機械的に隔離されなければならない。そのため、固定子１０は乾燥領域に位置する。
【0142】
固定子１０は、回転子８を貫通する磁界を発生させて回転子８を回転させる硬質固定子バー１２、好ましくは硬質銅バー１２である、固定子ワインディング１２を備える。硬質固定子バー１２は、好ましくは、銅又は銅合金で形成される。何故なら、そのような材料は良好な導電体であり、８００℃までの動作温度でその電気的性質を保つからである。
【0143】
硬質固定子バー１２は、本実施形態では、スペーサ１３に少なくとも部分的に包囲される以外は、いかなる形態の電気絶縁材料にも包囲されない。
【0144】
固定子ワインディング１２は、固定子１０のコアに設けられたスロット１１内に分散して配置される。硬質バー１２は、スロット１１内で位置決めされ、直線に沿って固定子１０内に延在する。所定のスロット１１を１回だけ通る太い硬質バー１２を用いることで、他の固定子バー１２（同じスロット１１内又は別のスロット１１内）又は電気端子２１への電気的な接続が必要となり、固定子１０の運搬及び取り付けが容易になる。硬質バー１２は、スロット１１内で径方向に積み重ねられて示されているが、硬質バー１２は、（より広い）スロット１１内で、さらに周方向に並んで配置されてもよいことが理解される。好ましくは、硬質固定子バー１２は、スロット１１内に、均等に分散して放射状に配置される。
【0145】
好ましくは、硬質固定子バー１２は、それぞれのスロット１１に径方向に積み重ねられる。図示しない一実施形態では、より広いスロット１１が、固定子バー１２を径方向に積み重ねた複数の列を含む。
【0146】
スペーサ１３は、各スロット１１内で互いに離れた所定の場所に硬質バー１２を位置決めして保持し、間隔をあけて配置する。これにより、硬質バー１２がスペーサ１３、電気接続部９、及び端子２１とのみ物理的に接触できるようにする。スペーサ１３は、電気絶縁性又は高い電気抵抗を有する。
【0147】
スペーサ１３は、一実施形態では、非導電性のセラミック材料（例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ））で形成される。一実施形態では、スペーサ１３はガラスなどの石英系材料で形成される。一実施形態では、スペーサ１３は編組石英繊維材料を含む。スペーサ１３の他の好適な材料には、ゲルマニウム、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、及び硫化カドミウムなどの半導体が挙げられる。
【0148】
スペーサ１３により、固定子バー１２を対応するスロット１１に積み重ねて挿入することが可能になる。また、スペーサ１３は耐火セメントで形成されてもよく、スロット１１内に硬質バー１２を位置決めする前又は位置決めした後に塗布されてもよい。対応するスロット１１内の硬質バー１２の長さ方向に沿って、軸方向に間隔をあけた２つ以上の位置に２つ以上のスペーサ１３が置かれてもよく、例えば図６は、硬質バー１２の長さ方向に沿って軸方向に間隔をあけた各位置に５つのスペーサを使用した場合を示している。好ましくは、スペーサ１３は、硬質バー１２を完全に覆い隠すものではない。
【0149】
スペーサ１３は、図１５ａから図１５ｄに示すように、Ｕ字型又はＨ字型の留め具のように形成されている。Ｕ字型スペーサ１３は、スロット１１の「最上部」及び「最下部」（それぞれスロット１１の径方向外側及び内側の境界）に用いられ、対応するスロット１１の最下部及び最上部（スロットの「最上部」はキャン１８によって形成されている）及び当該スロットの側壁から間隔をあけて硬質バー１２を配置する。Ｈ型スペーサは、硬質バー１２間に用いられ、硬質バー１２どうしの間隔をあけ、かつ対応するスロット１１の側壁から間隔をあけて配置する。
【0150】
図６に最もよく示されるように、スペーサ１３は軸方向に間隔をあけた位置に設けられ、その位置で対応する硬質バー１２を局所的に支持する。硬質バー１２が比較的硬いことにより、誘導型又はリラクタンス型のモータの磁界によって硬質バー１２に力が加えられても、隣り合う硬質バー１２間の物理的接触、及び硬質バー１２と対応するスロット１１の壁との接触はない。
【0151】
図１４及び図１５ａから図１５ｄに示すように、各硬質バー１２は、軸方向に間隔をあけた２つ以上の位置に横溝３２を有する。これらの溝は、Ｕ字型又はＨ字型スペーサ１３の内側に配置された突起（隆起部）３３を収容するように構成される。これにより、スロット１１における固定子バー１２の組付けを容易にするだけでなく、スペーサ１３が硬質バー１２の長さ方向に沿って軸方向に移動するのを防止できる。つまり、スペーサ１３は、対向する端部に、内面に沿って形成された内側隆起部３３を有し、これらの内側隆起部３３は硬質バー１２の溝３２に収容される。好ましくは、隆起部３３の高さは溝部３２の深さに相当する。
【0152】
これに換えて、硬質バー１２が、電気絶縁材料（例えば耐火セメント）に埋め込まれてもよい。
【0153】
固定子バー１２は、好ましくは、銅又は他の高導電性材料であって、Ｗ又はＣｕ－Ｎｉ合金などの、好適に高い融点と、溶融塩反応器又は他の高温用途での使用に必要とされる強度とを有する材料で形成される。硬質バー１２への電気的な接続は、一実施形態ではろう付け（例えば、Ｃｕよりも融点が低いＣｕ－Ａｇ共晶金属のろう付け化合物を用いてろう付け）されるが、Ａｇは、ろう付けに使用され得る他のほとんどの金属と異なり、固定子バー１２の導電性に影響を与える不純物をもたらさない。
【0154】
図示の実施形態では、硬質バー１２は、角を丸めた縁部を有する略正方形の横断面形状を有している。しかしながら、硬質バー１２は、多角形の横断面形状、矩形の横断面形状、又は円形、楕円形、若しくは角を丸めた横断面形状など、他の好適な横断面形状を有し得ることが理解される。矩形横断面であれば、固定子１０における硬質バー１２の横断面積の比率が高くなり、固定子ワインディングの導電性が高まり、充填率が向上し、モータの出力及び効率が改善される。
【0155】
硬質バー１２は、対応するスロット１１内では少なくとも全体として角柱状の硬質バー１２であってもよい。すなわち、バーの横断面形状がその長さ方向に沿って全て同一であってもよい。好ましくは、各硬質バー１２は、所定の１つのスロット１１を１回のみ通って延在する。
【0156】
各スロット１１は、内部に１本以上の硬質バー１２が位置決めされる。１つのスロット１１には、好ましくは１７本未満、より好ましくは１３本未満、さらに好ましくは９本未満の硬質バー１２が配置される。スロット１１の長さ方向全体は、例えば図１１及び図１２に部分的に示すように、固定子コア２６の軸方向全体を完全に貫通してもよい。スロット１１は、固定子コア２６の内周面に対して径方向に開口しているため、バー１２を固定子コア２６の内側部分に積み重ねることができる。
【0157】
硬質バー１２の横断面積は、一実施形態においては、１６ｍｍ２以上、好ましくは１３ｍｍ２以上、より好ましくは１０ｍｍ２以上、さらにより好ましくは７ｍｍ２以上、最も好ましくは５ｍｍ２以上である。
【0158】
各硬質バー１２に、誘導型又はリラクタンス型のモータの運転時に発生する磁界の影響で曲がっても他の硬質バー１２との接触や各硬質バー１２が収容されているスロットの壁との接触が起きないように十分な剛性を持たせるためには、一定の横断面積及び横断面形状が必要である。固定子ワインディングとして、例えばワイヤの代わりに硬質バー１２を使用することによって、硬質バー１２は、モータ又は発電機を運転した際に生じる磁力の影響下でその形状を十分に維持するのに足りる剛性を有し、スペーサ１３によって局所的にのみ支持され軸方向に間隔をあけて配置されているもかかわらず、隣り合う硬質バー１２どうし及び硬質バー１２とそれらが収容されるスロット１１との接触が起きない。硬質バー１２は、スロット１１内で、スペーサ１３によってのみ支持されている。図示の実施形態では、スロット１１は、周方向には、１本の硬質バー１２のための空間を提供する幅を有するが、より広いスロット１１に２本以上の硬質バー１２を並べた構成も実施可能であることが理解される。
【0159】
好ましくは、硬質固定子バー１２は、スロット１１内の硬質固定子バー１２の全長にわたって略角柱状であり、スロット１１の軸方向の両端部から突出する。小さな溝３２が、スロット１１内の硬質固定子バー１２の長さ方向に沿って形成されてもよく、これらの溝３２により、スペーサ１３が硬質固定子バー１２に固定されて、スペーサ１３が軸方向にずれることを防止できる。一実施形態では、スロット１１には、スペーサをスロット１１に対して軸方向に固定できる対応する溝３１が設けられ、固定子バー１２の溝３２とスロット１１の溝３１との組合せにより、固定子１０に対する固定子バー１２の位置が軸方向において固定される。
【0160】
好ましくは、１本の固定子バー１２は、所定の１つのスロット１１を１回のみ通って延在する。固定子１０から突出する固定子バー１２の端部は、必要に応じて直線状でも屈曲していてもよく、同じスロット１１内の別の硬質固定子バー１２、別のスロット１１内の別の硬質固定子バー１２、及び電気端子２１のいずれかに電気的に接続される。
【0161】
固定子バー１２は、電気接続部９によって互いに、又は１つ以上の電気端子２１に、電気的に接続される。固定子バー１２は、電気接続部又は電気端子２１に溶接、ろう付け、又ははんだ付けされてもよい。あるいは、バー１２を他のバー１２又は電気端子２１に電気的に接続する他の好適な手段を用いてもよい。
【0162】
好ましくは、電気接続部９は、硬質固定子バー１２の端部に、すなわち組立て後に接続される。
【0163】
誘導型又はリラクタンス型のモータは、固定子１０の内部に回転可能に配置された回転子８を含む。ここで、固定子１０は、複数の鋼板をモータの形状に対応した円筒形に積層することで形成されてもよい。固定子１０は、固定子１０の軸方向に延在するスロット１１を有する固定子コア２６を備える。固定子ワインディングは、スロット１１を貫通して軸方向に延在する硬質固定子バー１２によって構成される。
【0164】
さらに、回転子８は、固定子１０に対応するように複数の鋼板を円筒状に積層して形成してもよく、固定子１０の中空部に挿入されてもよい。回転子８は、回転子ワインディングを形成する複数の導電性回転子バー１４を有する回転子コアを含んでもよい。回転子バー１４は周方向に、好ましくは周方向に均等に分散して配置され、回転子８の略軸方向に延在している。つまり、一実施形態では、回転子８は、磁気伝導性プレートの積層体を含み、この積層体は回転子内部に分散して放射状に配置される導電性硬質回転子バー１４を備える。一実施形態によれば、回転子８は、磁気伝導性プレートの積層体を含み、この積層体は回転子８の内部に分散して放射状に配置される空隙を有する。
【0165】
図１８ａから図２２は、回転動力式流体機械１の別の実施形態を示す。シャフト７を回転可能に支持するために能動型磁気軸受（Active Magnetic Bearing：ＡＭＢ）が使用されている。本実施形態では、本明細書で以前に説明又は示した対応する構造及び特徴と同一又は類似する構造及び特徴は、便宜上、以前に使用したものと同じ符号で示す。
【0166】
本実施形態の回転動力式流体機械１には、３つのＡＭＢ、すなわち、下部ラジアルＡＭＢ１１５、上部ラジアルＡＭＢ１１６、及び上部アキシャルＡＭＢ２１６が設けられる。下部ラジアルＡＭＢ１１５と上部ラジアルＡＭＢ１１６は、径方向負荷用の軸受であり、それぞれ固定子１１０と回転子１０８とを備える。固定子１１０は、固定子バー１１２を備え、回転子１０８の周囲に密接に沿っており、作動流体を通過させる間隙２０を有している。固定子１１０は筐体２に固定され、回転子１０８はシャフト７に取り付けられる。ＡＭＢ１１５、１１６は、必要な磁力を発生させるための電流を流す硬質固定子バー１１２を備え、回転子８のシャフト７を中心に保つように構成される。軸方向負荷用の軸受であるＡＭＢ２１６は、両側に固定子２１０が配置された円板形状の回転子２０８を備える。回転子２０８の固定子２１０側には、それぞれ、周方向に延在する硬質固定子バー２１２が設けられる。固定子バー２１２は、固定子２１０の対応するスロット２１１内で略周方向に延び、スペーサ２１３によって互いに、及びスロット２１１から分離されている。全ての固定子バー２１２の端部は、固定子２１０のスロット２１１の対応する部分を通って固定子２１０から径方向に延在し、端子２２１を形成している。固定子バー２１２の径方向に延在する端部間は、スペーサ２１３によって間隔をあけて配置される。
【0167】
固定子２１０と回転子２０８との間の間隙２０には、作動流体を通過させることができる。ＡＭＢ２１６は、シャフト７を軸方向に保持するように構成される。シャフト７は、回転子１０８及び２０８にそれぞれ磁気的に作用する下部ラジアルＡＭＢコイル１１５、上部ラジアルＡＭＢコイル１１６、及びアキシャルＡＭＢコイル２１６によって、筐体２及び渦形室３から回転可能に懸架されて軸方向及び径方向の両方向に支持される。
【0168】
下部ラジアル位置センサ２０１は、下部ラジアルＡＭＢ１１５と羽根車６との間に置かれ、上部アキシャル位置センサ２０２は上部ラジアルＡＭＢ１１６とアキシャルＡＭＢ２１６との間に配置される。下部及び上部ラジアル位置センサ２０１、２０２は、回転子１０８の位置を軸方向及び径方向の両方で検出し、それに応じてＡＭＢ１１５、１１６、２１６内の固定子バーを通じて電力増幅器（図示せず）によって送られる電流を調節するように構成される制御部（図示せず）に信号を送るように構成される。別の実施形態では、ラジアルＡＭＢ及びアキシャルＡＭＢの駆動コイルを使用して径方向及び軸方向の回転子位置をそれぞれ検出する（自己感知と呼ばれ、専用の位置センサが不要になる）。
【0169】
ＡＭＢは従来の玉軸受より高価であるが、潤滑の必要がなく、高温での使用や高速回転が可能であるなど、技術的な利点がある。さらに、ＡＭＢは機械的摩耗がないため、従来の軸受に比べて保守費用が低く寿命が長い。
【0170】
アキシャルＡＭＢ２１６は、円板状の回転子２０８と、回転子２０８の軸方向両側の固定子２１０とを備え、それぞれの側面は、対応して周方向に延在するスロット２１１に、周方向に延在する硬質固定子バー２１２を設けて構成されている。ラジアルＡＭＢは、回転子１０８と、固定子１１０と、硬質固定子バー１１２とを備える。ＡＭＢ回転子１０８、２０８は、ラジアル軸受及びアキシャル軸受の両方について、一実施形態では、機械加工された鉄の硬質塊又はシリカと鉄との積層体を積み重ねたものであるが、他の好適な材料、例えば、良好な透磁率、高い磁気飽和、及びより良い高温性能を可能にする、鉄よりも高いキュリー温度を有するコバルト及びコバルト合金を使用してもよいことが理解される。ＡＭＢ回転子部分は、軽量化のために中心付近に孔を有してもよい（図示せず）。
【0171】
一実施形態では、ＡＭＢは永久磁石を使用せずに、すなわち電磁石のみを使用して構成される。既知の永久磁石は、本ＡＭＢが設計されているような高い動作温度では磁性を失う。さらに、永久磁石はキュリー温度を超えると磁化を回復することはなく、一般的には、永久磁石が磁化を失い始める「最高動作温度」はかなり低い。このように、この能動型磁気軸受は、永久磁石を使用しないことで、永久磁石を使用した軸受よりも高温で使用できる。一実施形態では、能動型磁気軸受は、４００℃超、好ましくは５００℃超、さらに好ましくは６００℃超の温度で動作するように構成される。
【0172】
リテーナ軸受１５、１６は、本実施形態では追加の玉軸受であり、通常動作時には回転子８と接触しておらず（あるいは少なくとも実質的に接触しておらず）、いかなる負荷も受けていない。これらの軸受は、ＡＭＢの異常、過負荷、停止などの場合、回転子８が静止するまで、あるいはＡＭＢが回転子８の制御を回復するまで、回転する回転子８を固定子１０に接触させないようにする。
【0173】
ＡＭＢの回転子１０８／固定子１１０組立体（例えば図１９及び図２０に示すような）は、固定子の中空円筒状コア１２６を備え、固定子コア１２６の内側部分にはスロット１１１が形成されている。固定子１１０は、硬質固定子バー１１２で形成された、好ましくは硬質銅バー１１２の固定子ワインディング１１２を備える。硬質固定子バー１１２は、図１から図１６の実施形態に示すように、電気接続部１０９を介して互いに又は電気端子１２１に接続され、スペーサ１３によってスロットから間隔をあけて配置されてもよい。
【0174】
間隙２０は、ラジアル磁気軸受の固定子１１０と回転子１０８の間に延在している。間隙２０は、アキシャル磁気軸受の固定子２１０と回転子２０８との間にも延在しているため、作動流体が流体機械１の軸方向全長にわたって通過できる。
【0175】
ここで、キャン１８は、両方のラジアル磁気軸受の固定子１１０の内部に延在している。キャン１８はまた、アキシャル磁気軸受の中にも延在しており、いずれの場合も固定子１１０、２１０を作動流体から分離する。
【0176】
ラジアル磁気軸受の回転子１０８及びアキシャル磁気軸受の回転子２０８は、一実施形態では、特に作動流体が回転子１０８、１０９を損傷し得る高反応性流体である場合に作動流体から回転子１０８、２０８を保護するために、薄肉の格納用外殻部１１７、２１７で包囲されている。外殻部１１７、２１７は、それぞれ回転子１０８、２０８と一体となって回転し、回転子１０８、２０８の材料と作動流体とを分離させる。外殻部１１７、２１７は、少なくとも一部が、ステンレス鋼又はハステロイＮなどの高ニッケル鋼合金製の薄肉パイプで構成される。
【0177】
これらの能動型磁気軸受は、径方向負荷と軸方向負荷をそれぞれ電磁的懸架で支持する。ＡＭＢ軸受システムは、独立して動作する複数の駆動コイルで構成される。それぞれのコイルは、電流を流すと磁界を発生し、強磁性体の固定子とコイルの周囲にある回転子の素材を磁化し、固定子と回転子の間に引力を発生させる。
【0178】
それぞれの固定子バーには、固定子バーに電流を供給する電力増幅器が接続される。制御部と位置センサ（間隔センサ）、及び制御ユニット内の関連する電子回路が、回転子の位置を間隔内で制御するために必要なフィードバックを提供する。電力増幅器は、回転子の両側にある２組の電磁石に、等しいバイアス電流を供給する。この持続的な引っ張り合いには制御部が介在する。つまり、制御部は、回転子が中心位置から外れた時に、等しい逆向きの電流摂動によりバイアス電流を相殺する。
【0179】
一実施形態では、電力増幅器は、パルス幅変調構成で動作するソリッドステート装置である。制御部は、一実施形態では、マイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサである。
【0180】
発電機を駆動する流体モータについても、上記と同様の構成が可能である。本実施形態では、本明細書で以前に説明又は示した対応する構造及び特徴と同一又は類似する構造及び特徴は、便宜上、以前に使用したものと同じ符号で示す。
【0181】
羽根車６は、渦形室３を通過する流体の圧流によって、上述したのとは逆の方向に駆動される。すなわち、この場合、前出の流入口４は作動流体の流出口として作用し、流出口５は作動流体の流入口として作用する。作動流体は、流出口５（ここでは流入口）から羽根車６に入り、中空シャフトの管状空洞部２２を通って上方に押し出される。作動流体は間隙２０に入り、下方に押されて流入口４（ここでは流出口）に入り、そこから作動流体が回転動力式流体機械１を出ていく。
【0182】
本実施形態では、電動モータを、外部回路で使用する電力を発生させるための発電機として運転する。
【0183】
図示しない一実施形態において、固定子スロット１１は、１本の硬質固定子バー１２のみを含む。本実施形態では、硬質固定子バー１２は、上記スペーサ１３によって電気的に絶縁されているか、あるいは、当該固定子バー１２と対応するスロット１１との間の空間を埋める耐火セメント等の好適な電気絶縁材料に埋め込まれる。
【0184】
図示しない一実施形態において、前記硬質バー１２は、冷却媒体がバー１２を通って流れることを可能にするための縦長の管状空洞部を有する。この冷却媒体は、硬質固定子バー１２に追加の能動的／強制的な冷却を行うために用いられる専用の冷却媒体である。本実施形態は、特に大型の電動モータや発電機に有効である。
【0185】
前記硬質バー１２が、互いに接合された複数の縦長のフィラメント又は細片（好ましくは銅フィラメント又は銅細片）で構成されている図示しない一実施形態において、例えば、当該フィラメント又は細片は、低導電性合金を用いたろう付けによって接合されるか、又はセラミックコーティングによって接合される。本実施形態は、特に大型の電動モータや発電機に有効である。
【0186】
図示しない一実施形態では、流体機械１をドライウェルに設置することにより流体機械１を溶融塩に沈め、羽根車を溶融塩と直接接触させ、流体機械１のプライミング（priming）に関する追加の手間を回避しつつ、一方で電気接点２１などはドライウェル内で溶融塩から分離される。ドライウェルは、流体機械１の金属部品の酸化を防止又は抑制するために、不活性ガスでパージできる。一実施形態では、より高い上部圧力（head pressure）を達成するために、１つ以上のドライウェルに複数の流体機械１が直列に配置される。
【0187】
また、流体機械１は、例えば使用済み核燃料のリサイクルのためのパイロプロセシング（pyroprocessing）システム（高温化学処理施設）における溶融塩の圧送にも好適である。
【0188】
本明細書では、様々な実施形態とともに様々な態様及び実装形態を説明した。しかしながら、特許請求の対象を実施する当業者であれば、図面及び添付の請求項を検討することで、開示された実施形態に対する他の変形例を理解し実行できる。請求項において、「備える、含む」という語は他の要素やステップを排除するものではなく、単数での記載は複数を排除するものではない。
【0189】
請求項に使用されている参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。特に断りのない限り、図面（例えば、斜影線、部品の配置、比率、程度など）は、明細書とともに読まれることが意図されており、本開示の書面による説明全体の一部分とみなされるものとする。本明細書で使用される「水平な」、「鉛直な」、「左」、「右」、「上方に」及び「下方に」という用語並びにそれらの形容詞的派生語及び副詞的派生語は、図示された構造の向きを、単に特定の図面が読者に向いているとおりに示すものである。同様に、「内方に」、「外方に」という用語は、一般に、適宜、伸長軸又は回転軸に対する表面の向きを指す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18a】
【図18b】
【図18c】
【図18d】
【図19】
【図20】
【図21-22】
