DE2415938A1 - ELECTROMAGNETIC PUMP - Google Patents

Description

M ö nc ha ifc 22,. Eisi.Tsdbrfet ³ M ö nc ha ifc 22 ,. Eisi.Tsdbrfet ³

410-22.439P 2. 4. 1974410-22.439P April 2, 1974

COMMISSARIATA L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris (Frankreich)COMMISSARIATA L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris (France)

Elektromagnetische PumpeElectromagnetic pump

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Pumpe für ein flüssiges, elektrisch leitendes Fluid, insbesondere Flüssigmetall, wie Natrium , mit einem aus zylindrischen koaxialen Rohren bestehenden Pumpenkörper .The invention relates to an electromagnetic pump for a liquid, electrically conductive fluid, in particular liquid metal such as sodium, with a pump body consisting of cylindrical coaxial tubes .

Bei einer derartigen elektromagnetischen Pumpe bzw. Wärmepumpe wird die von einem elektrischen Strom durchflossene leitende Flüssigkeit der Einwirkung eines Magnetfeldes unterworfen, dessen Kraftlinien im wesentlichen senkrecht zur Stromrichtung sind, derart, daß auf die Flüssigkeit gemäß dem Laplace-Gesetz (Lorentz-Kraft) eine zum Magnetfeld und zum Strom senkrechte Kraft ausgeübt wird, die das Inbewegungsetzen der Flüssigkeit durch den Körper der elektromagnetischen Pumpe ermöglicht. In the case of such an electromagnetic pump or heat pump, the conductive liquid through which an electrical current flows becomes subjected to the action of a magnetic field, the lines of force of which are essentially perpendicular to the direction of the current, in such a way that on the liquid According to Laplace's law (Lorentz force), a force perpendicular to the magnetic field and the current is exerted, which sets it in motion which allows fluid through the body of the electromagnetic pump.

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Verschiedene Ausführungsbeispiele von elektromagnetischen Pumpen für Flüssigmetalle sind bekannt, bei denen das Magnetfeld hervorgerufen wird durch Permanentmagneten oder Elektromagneten, die auf der einen und der anderen Seite einer Umwälzleitung für das Metall angeordnet sind, wobei der (elektrische) Strom-über das Metall mittels einem Paar aus zwei Verbindungsstellen aus thermoelektrischem Werkstoff aufrechterhalten wird, von denen die eine in Wärmekontakt mit der Umwälzleitung und dem darin enthaltenen Flüssigmetall ist und die andere auf einer davon verschiedenen Temperatur, insbesondere durch Kontakt mit der Umgebung, gehalten wird. Insbesondere sind eine elektromagnetische Pumpe mit eingebautem thermoelektrischen Generator (vgl. FR-PS 1550 990) und ein doppeltwirkender Thermopumpenbaustein mit leitendem Fluid (vgl. DT-Gbrn 7 105 091) bekanntgeworden. Bei diesen Ausführungsformen wird der Kreislauf des Flüssigmetalls, im allgemeinen Natrium, verwendet, um ein bestrahltes Brennstoffelement abzukühlen, das entweder in einem Handhabungsbehälter oder einem geschlossenen Kreislauf angeordnet ist, um während des Versuches Bedingungen um das Brennstoffelement herum zu schaffen, die ähnlich denen sind, die im Reaktorkern herrschen.Various embodiments of electromagnetic pumps for liquid metals are known in which the magnetic field is generated is arranged by permanent magnets or electromagnets that are placed on one side and the other of a circulation line for the metal are, whereby the (electrical) current-via the metal means a pair of two junctions of thermoelectric material, one of which is in thermal contact with the Circulation line and the liquid metal contained therein and the other at a temperature different therefrom, in particular through Contact with the environment. In particular, they are electromagnetic Pump with built-in thermoelectric generator (see FR-PS 1550 990) and a double-acting thermal pump module with conductive fluid (cf. DT-Gbrn 7 105 091) became known. In these embodiments, the liquid metal cycle, im general sodium, used to make an irradiated fuel element to cool, which is arranged either in a handling container or in a closed circuit, to meet conditions during the experiment to create around the fuel element similar to those found in the reactor core.

Es ist Aufgabe der Erfindung, derartige elektromagnetische Pumpen zu verbessern, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, solche, bei denen der Flüssigmetallkreislauf durch den Körper der elektromagnetischen Pumpe durch doppelten Durchgang durch diese erfolgt. Bei einer derartigen elektromagnetischen Pumpe ist die Pumpe aufgebaut aus zylindrischen, koaxialen Leitungen mit einem mit Flüssigmetall gefüllten Zentralrohr und einer umgebenden Ringleitung für den Rücklauf des Me-It is an object of the invention to improve such electromagnetic pumps, particularly, but not exclusively, those in which the liquid metal circuit is carried out through the body of the electromagnetic pump by double passage through it. At a Such an electromagnetic pump, the pump is made up of cylindrical, coaxial lines with a filled with liquid metal Central pipe and a surrounding ring line for the return of the meter

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tails, wobei diese Leitung zwischen dem Zentralrohr und einer Außenhülle gebildet ist, wobei die Bauteile, die die eigentliche Pumpwirkung hervorrufen, insbesondere durch Erzeugen des Magnetfeldes und des notwendigen elektrischen Stromes,- in oder um den Ringraum angeordnet sind, der durch die Leitungen zwischen den Durchflußbeieichen des Flüssigmetalls gebildet ist.tails, this line between the central tube and an outer shell is formed, the components that cause the actual pumping action, in particular by generating the magnetic field and the necessary electric current, - are arranged in or around the annulus, through the lines are formed between the flow areas of the liquid metal.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein erstes zylindrisches Metallrohr, ein zweites dünnwandiges Metallrohr, das eine gerade Zahl von geeignet hergestellten vertieften Bereichen bildet, wobei die Bereiche zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr von im wesentlichen ebenen Flanken begrenzt sind, die von dem zweiten Rohr kommend sich bis zur Berührung mit dem ersten Rohr erstrecken, um mehrere gesonderte Umwälzleitungen für das zu pumpende Flüssigmetall zu bilden, die gleichmäßig um die gemeinsame Achse der beiden Rohre angeordnet sind, ein drittes dickwandiges Metallrohr in Abstand vom zweiten Rohr und mit ihm einen ringförmigen Abschnitt bildend, in dem genausoviel Permanentmagnete wie Umwälzleitungen in Form von Kreisringteilen angeordnet und an den Rohren außerhalb der in dem zweiten Rohr vertieft ausgebildeten Bereichen koaxial befestigt sind, wobei die Dauermagnete jeweils gegenseitig unterschiedliche Polarität besitzen, und Metallteile in Berührung mit dem zweiten Rohr einerseits und dem dritten Rohr andererseits in den in dem zweiten Rohr vertieften Bereichen, wobei die Metallteile paarweise thermoelektrische Verbindungsstellen bilden, einen Strom über das in den zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr gebildeten Umwälzleitungen strömenden Flüssigmetall erzeugen, die erzeugten Stromlinien im wesentlichen senkrecht sind zu den von denThe object is achieved according to the invention by a first cylindrical Metal tube, a second thin-walled metal tube that defines an even number of suitably fabricated recessed areas, the areas between the first tube and the second tube are delimited by essentially flat flanks which come from the second tube extend to contact the first pipe to form several separate circulation lines for the liquid metal to be pumped, which are evenly arranged around the common axis of the two pipes, a third thick-walled metal pipe at a distance from the second pipe and with it forming an annular section in which just as many permanent magnets as circulation lines are arranged in the form of circular ring parts and are coaxially fixed to the tubes outside of the recessed areas in the second tube, the permanent magnets each have mutually different polarity, and metal parts in contact with the second pipe on the one hand and the third pipe on the other hand in the recessed areas in the second tube, the metal parts forming thermoelectric connection points in pairs Generate electricity via the liquid metal flowing in the circulation lines formed between the first pipe and the second pipe, the streamlines generated are substantially perpendicular to those of the

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Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldlinien und die Kraftlinien des magnetischen Feldes sich über das erste Rohr und das dritte Rohr wieder schließen".Permanent magnets created magnetic field lines and the lines of force of the magnetic field close again via the first tube and the third tube ".

Dabei ist es sehr vorteilhaft, wenn das erste Rohr doppelt ausgeführt ist mittels eines dickwandigen vierten Rohrs aus magnetischem Werkstoff, um über das erste Rohr zwischen den Umwälzleitungen für das Flüssigmetall die Kraftlinien des durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldes gemäß einem Weg mit geringem magnetischem Widerstand wieder zu schließen.It is very advantageous if the first tube is designed in duplicate is by means of a thick-walled fourth pipe made of magnetic material to pass through the first pipe between the circulation lines for the liquid metal the lines of force of the magnetic field generated by the permanent magnets according to a path with little magnetic Resistance to close again.

Vorzugsweise besteht das vierte Rohr aus Weicheisen. Dabei schließen sich darüber hinaus die Kraftlinien wieder außerhalb der Umwälzleitungen über das Metall des dritten Rohres.The fourth tube is preferably made of soft iron. Close at the same time In addition, the lines of force are again outside the circulation lines via the metal of the third pipe.

Vorzugsweise besteht das dritte Rohr aus Nickel, während das erste und zweite Rohr dünnwandig aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, das natriumbeständig ist. In diesem Fall ist jedoch die Anwesenheit eines vierten Rohres besonders vorteilhaft, da rostfreier Stahl nur sehr wenig magnetisch ist.The third tube is preferably made of nickel, while the first and second tubes are made of thin-walled stainless steel, that is sodium resistant. In this case, however, the presence of a fourth pipe is particularly advantageous, since stainless steel is only very much is not very magnetic.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß das dritte Rohr an seiner Außenfläche Abkühlrinnen oder -rippen besitzt zum Vergrößern der Wärmetauschfläche zwischen dem Rohr und der äußeren Umgebung.According to a further embodiment of the invention, it is advantageous that the third tube has cooling troughs or fins on its outer surface to increase the heat exchange area between the tube and the external environment.

Gemäß einem weiteren Merkmal sind die die thermoelektrischenAccording to a further characteristic, they are thermoelectric

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Verbindungsstellen paarweise enthaltenden Metallteile durch einen Plättchenstapel mit guter Wärme- und Stromleittätigkeit gebildet, der am zweiten und dritten Rohr angelötet oder angeschweißt ist, wobei die Plättchen die Kompensation der unterschiedlichen Dehnungen zwischen dem zweiten und dritten Rohr ermöglichen. Vorzugsweise sind die metallischen Bauteile abwechselnd aus Kupfer und Konstantan hergestellt, wobei selbstverständlich alle anderen analoge η Werkstoffe ebenso verwendet werden können, die paarweise einen thermoelektrischen Effekt hervorrufen.Metal parts containing connection points in pairs formed by a stack of platelets with good heat and current conducting activity, which is soldered or welded to the second and third tube, whereby the platelets compensate for the different expansions allow between the second and third pipe. The metallic components are preferably made of alternating copper and constantan manufactured, with all other analogous η materials of course can also be used, which cause a thermoelectric effect in pairs.

Schließlich ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, daß das erste Metallrohr ein fünftes Rohr umgibt, das vom ersten Rohr durch eine elektrische Isolierschicht und Wärmeisolierschicht abgetrennt ist, wobei das fünfte Rohr von dem in der Pumpe zu fördernden Flüssigmetall durchflossen ist und an seinem Ende mit den zwischen erstem Rohr und zweitem Rohr gebildeten Umwälzleitungen in Verbindung steht.Finally, according to a preferred embodiment of the invention, it is advantageous that the first metal tube surrounds a fifth tube, which is separated from the first pipe by an electrical insulating layer and heat insulating layer, the fifth pipe from the liquid metal to be conveyed in the pump is traversed and at its end with the one formed between the first pipe and the second pipe Circulation lines is in communication.

Die elektromagnetische Pumpe besitzt in diesem Fall einen zylindrischen, ringförmigen Aufbau mit Eintritt und Austritt des Flüssigmetalls an ein- und demselben Ende.The electromagnetic pump in this case has a cylindrical, ring-shaped structure with entry and exit of the liquid metal at one and the same end.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht des Körpers einer elektromagnetischen Pumpe gemäß der Erfindung dargestellt.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing. In the drawing is a perspective and shown in partially sectioned view of the body of an electromagnetic pump according to the invention.

In der Zeichnung ist ein Körper 1 einer erfindungsge.mäßen elektro-In the drawing, a body 1 of an electrical system according to the invention is shown

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magnetischen Pumpe dargestellt, der hauptsächlich, und gernäß einem Aufbau aus koaxialen zylindrischen Rohren, aus einem ersten metallischen Rohr 2 besteht, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, das mit einem zweiten Rohr 3 aus rostfreiem Stahl verbunden ist, wobei die Rohre 2 und 3 im wesentlichen die gleichen geringen Wandstärken beisitzen. Das zweite Rohr 3 enthält eine Reihe tieferliegender oder zurückspringender Bereiche 4, die gleichmäßig um die Achse des Rohrsmagnetic pump, which is mainly, and like, a Structure of coaxial cylindrical tubes consisting of a first metallic tube 2, preferably made of stainless steel, which is connected to a second pipe 3 made of stainless steel, the pipes 2 and 3 having substantially the same small wall thicknesses. The second tube 3 contains a number of deeper or recessed Areas 4 that are evenly around the axis of the pipe

3 verteilt sind, wodurch es an örtlich genau definierten Stellen das erste Rohr 2 berühren kann, wobei die Bereiche 4 seitlich durch im wesentlichen ebene Flanken 5 und 6 begrenzt sind, die diese Bereiche3 are distributed, which means that the first tube 2 can touch, the areas 4 laterally by im essential flat flanks 5 and 6 are limited, which these areas

4 in Richtung in das Innere des Rohrs 3 einfassen, um mit dem Rohr 2 einige getrennte Umwälzleitungen 7 für ein zu pumpendes flüssiges Fluid zu bilden, das im allgemeinen ein Flüssigmetall, insbesondere Natrium, oder allgemeiner ein flüssiges elektrischleitendes Fluid, ist. Der Körper 1 der elektromagnetischen Pumpe ist außen von einem dritten Rohr 8 mit dicker Wand, insbesondere aus Nickel, umgeben, das koaxial zu den Rohren 2 und 3 angeordnet ist, und mit der Außenfläche des Rohrs 3 einen ringförmigen geschlossenen Bereich bildet, in dem die Mittel angeordnet sind, die die Erzeugung eines geeigneten Magnetfeldes und eines geeigneten elektrischen Feldes über die vom Flüssigmetall durchflossene Umwälzleitung 7 ermöglichen, deren Kraftlinien im wesentlichen zueinander senkrecht sind. Vorzugsweise besitzt das Rohr 8 an seiner Außenfläche Rippen und/oder Rinnen 9, die eine wirksamere Abkühlung des Rohrs 8 durch die Umgebung 10 ermöglichen, die durch Luft, Wasser oder ein anderes geeignetes Fluid gebildet wird.4 in the direction of the inside of the tube 3 in order to connect with the tube 2 to form some separate circulation lines 7 for a liquid fluid to be pumped, which is generally a liquid metal, in particular Sodium, or more generally a liquid electrically conductive fluid. The body 1 of the electromagnetic pump is outside of one third tube 8 with a thick wall, in particular made of nickel, surrounded, which is arranged coaxially to the tubes 2 and 3, and with the outer surface of the tube 3 forms an annular closed area in which are arranged the means enabling the creation of a suitable Magnetic field and a suitable electric field via the circulation line 7 through which the liquid metal flows, their Lines of force are substantially perpendicular to one another. Preferably, the tube 8 has ribs and / or grooves 9 on its outer surface, which allow a more effective cooling of the tube 8 by the environment 10, which is by air, water or another suitable fluid is formed.

Um das notwendige Magnetfeld und den notwendigen elektrischenTo have the necessary magnetic field and the necessary electrical

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Strom zu erzeugen, ist der zwischen den Rohren 3 und 8 gebildete Abschnitt durch mehrere Permanentmagnete 11 und 12 gefüllt, wobei die geradzahlig vorhandenen Magnete 11, 12 jeweils gegenseitig entgegengesetzt gepolt sind, je nachdem wie der vorhergehende Abschnitt in der einen oder anderen Richtung durchflossen war. Diese Permanentmagnete 11 und 12 sind als Kreisringteile ausgeführt und sind zwischen dem Außenrohr 8 aus Nickel und dem Innenrohr 3 aus rostfreiem Stahl rechtwinklig zu den zylindrischen Teilen des Innenrohrs 3 angeordnet. Zwischen den Permanentmagneten 11 und 12 enthält die elektromagnetische Pumpe unmittelbar an den vertieften Bereichen 4 in dem Rohr 3 angeordnete Metallteile 13 und 14 aus jeweils verschiedenen thermoelektrischen Werkstoffen, um von einem zum anderen einen ausreichenden elektrischen Strom zu erzeugen, der das leitende Flüssigmetall durchsetzt, das in der die Metallteile 13 und 14 trennenden Umwälzleitung 7 enthalten ist. Selbstverständlich erfüllt die symmetrische Anordnung der Magnete 11 und 12 und der Metallteile 13 und 14 die gleichen Bedingungen bei jeder Umwälzleitung 7 um die Achse des Körpers 1 der elektromagnetischen Pumpe. Vorteilhaft bestehen die Metallteile 13 beispielsweise aus Kupfer und die Metallteile 14 aus Konstantan, oder umgekehrt, um jeweils benachbarte , eine ausreichende elektromotorische Kraft erzeugende Thermopaare zu bilden, um zusammen mit der magnetischen Induktion durch die Magnete 11 und 12 eine ausreichende Kraftwirkung auf das Flüssigmetall hervorzurufen, das in den Umwälzleitungen 7 zirkuliert. Vorzugsweise besteht jedes der Metallteile 13 und 14 aus Lamellen oder Plättchen 15, die jeweils aufeinandergestapelt und sehr sorgfältig verschweißt oder verlötet sind mit einerseits dem Außenrolr 8 ausTo generate electricity, the section formed between the tubes 3 and 8 is filled by a plurality of permanent magnets 11 and 12, wherein the even-numbered magnets 11, 12 are mutually oppositely polarized, depending on how the previous section flowed through in one direction or the other. These permanent magnets 11 and 12 are designed as circular ring parts and are between the outer tube 8 made of nickel and the inner tube 3 made of stainless steel at right angles to the cylindrical parts of the inner tube 3 arranged. Between the permanent magnets 11 and 12, the electromagnetic pump is located directly on the recessed areas 4 arranged in the tube 3 metal parts 13 and 14, each made of different thermoelectric materials, in order to be of a on the other hand, to generate a sufficient electric current that penetrates the conductive liquid metal in which the metal parts 13 and 14 separating circulation line 7 is included. Of course, the symmetrical arrangement of the magnets 11 and 12 and the Metal parts 13 and 14 have the same conditions for each circulation line 7 around the axis of the body 1 of the electromagnetic pump. The metal parts 13 advantageously consist, for example, of copper and the metal parts 14 of constantan, or vice versa, around adjacent ones to form a sufficient electromotive force generating thermocouples to work together with the magnetic induction to cause a sufficient force effect on the liquid metal that circulates in the circulation lines 7 by the magnets 11 and 12. Preferably, each of the metal parts 13 and 14 consists of lamellae or plates 15, which are each stacked on top of one another and very carefully are welded or soldered to the outer roller 8 on the one hand

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Nickel und andererseits dem Innenrohr 3 aus rostfreiem Stahl. Um darüber hinaus den unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen den beiden Rohren 3 und 8 Rechnung zu tragen, die ja verschiedenen Temperaturen ausgesetzt sind, da das eine, das Rohr 3, das Flüssigmetall in den Umwälzleitungen 7 berührt und das andere mit der Außenluft der Umgebung 10 in Berührung ist, wobei dese Temperaturdifferenz im übrigen für das Auftreten des thermoelektrischen Effektes notwendig ist, besitzen die Plättchen 15 eine angepaßte Form, beispielsweise mit seitlichen Aussparungen 16 in ihrem mittleren Abschnitt, oder besitzen irgendeinen anderen Aufbau, durch den die Ausdehnung sunter schiede aufgenommen werden können.Nickel and, on the other hand, the inner tube 3 made of stainless steel. In addition to the different thermal expansions between the two tubes 3 and 8 to take into account, which are exposed to different temperatures, since one, the tube 3, the liquid metal touches in the circulation lines 7 and the other is in contact with the outside air of the environment 10, the temperature difference being dese is otherwise necessary for the occurrence of the thermoelectric effect, the platelets 15 have an adapted shape, for example with lateral recesses 16 in their central portion, or have any other structure by which the expansion s different can be recorded.

Aus praktischen Gründen bei der Herstellung und der Inbetriebsetzung kann der Körper 1 der elektromagnetischen Pumpe aus mehreren aufeinanderfolgenden, im allgemeinen zueinander identischen Bausteinen hergestellt sein, die in Serie zueinander angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind deshalb auch zwei Bausteine dieser Art dargestellt, die jeweils bei gleichem koaxialem Aufbau Stapel aus Plättchen 15 besitzen, die die thermoelektrischen Metallteile 13 und 14 bilden, wobei sich die Stapel in einer bestimmten Höhe an ihren Enden auf Ringleisten 17 für den oberen Baustein und Ringleisten 18 für den unteren Baustein abstützen, wenn die Achse des Körpers der elektromagnetischen Pumpe senkrecht ist. Die Ringleisten 17 und 18 der beiden Bausteine sind miteinander verbunden durch einen Metall-Faltenbalg 19, durch den die unterschiedlichen Dehnungen aufgenommen werden können. Bemerkenswert ist dabei, daß im dargestellten Beispiel das Außenrohr 18 aus Nickel für die Anordnung aus den beiden Bausteinen gemeinsam ist.For practical reasons during manufacture and commissioning the body 1 of the electromagnetic pump can consist of several consecutive, generally identical to one another Be made blocks that are arranged in series with one another. In the illustrated embodiment, therefore, two modules of this type are shown, each with the same coaxial structure stack have made of platelets 15, which form the thermoelectric metal parts 13 and 14, the stack at a certain height Support their ends on ring strips 17 for the upper building block and ring strips 18 for the lower building block when the axis of the body the electromagnetic pump is vertical. The ring strips 17 and 18 of the two building blocks are connected to one another by a metal bellows 19, through which the different expansions can be absorbed. It is noteworthy that in the illustrated Example, the outer tube 18 made of nickel for the arrangement of the two building blocks is common.

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In der Zeichnung ist durch Strichlinien der Verlauf der elektrischen Feldlinien dargestellt, d. h. die Liniendes elektrischen Stroms, die sich zwischen den thermoelektrischen Metallteilen 13 und 14 über die Umwälzleitung 7 ausbilden. In gleicher Weise ist durch Strichpunktlinien der Verlauf der Kraftlinien des magnetischen Feldes dargestellt, die durch die Permanentmagnete 11 und 12 mit entgegengesetzter Polarität erzeugt werden. Dabei ist es vorteilhaft, um der nutzbaren Induktion im begrenzten Luftspalt zwischen den Magneten 11 und 12 den höchstmöglichen Wert zu geben und um die magnetischen Verluste zu begrenzen, das Rohr 2 im Inneren doppelt auszuführen, durch ein Zusatzrohr 20, vorzugsweise aus Weicheisen, durch das sich die Kraftlinien des magnetischen Feldes wieder schließen, wobei sich die Kraftlinien so von selbst wieder schließen außen am Körper 1 über das Rohr 8 aus Nickel. Infolge der für die thermoelektrischen Metallteile 13 und, 14 und die Magnete 11 und 12 gewählten Anordnung sind die Kraftlinien des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes im wesentlichen zueinander senkrecht, insbesondere im Inneren der das Flüssigmetall enthaltenen Umwälzleitung 7, weshalb auf dieses eine Lorentz-Kraft nach den Laplace-Gesetzen ausgeübt werden kann, die in der Lage ist, das Metall in eine kontinuierliche Zirkulation oder Umwälzung zu versetzen.In the drawing, the course of the electrical is indicated by dashed lines Field lines shown, d. H. the lines of electric current, which are formed between the thermoelectric metal parts 13 and 14 via the circulation line 7. In the same way is indicated by dash-dotted lines the course of the lines of force of the magnetic field shown by the permanent magnets 11 and 12 with opposite polarity be generated. In doing so, it is beneficial to utilize induction To give the highest possible value in the limited air gap between the magnets 11 and 12 and to reduce the magnetic losses limit to make the pipe 2 inside twice, by an additional pipe 20, preferably made of soft iron, through which the lines of force of the magnetic field close again, whereby the lines of force close again by themselves on the outside of the body 1 via the Tube 8 made of nickel. As a result of the arrangement chosen for the thermoelectric metal parts 13 and 14 and the magnets 11 and 12, the Lines of force of the electric field and the magnetic field are essentially perpendicular to each other, especially inside the das Liquid metal contained circulation line 7, which is why a Lorentz force can be exerted on this according to Laplace's laws, which is able to put the metal in continuous circulation or agitation.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die thermoelektrischen Metallteile 13 und 14 selbstverständlich gemäß ihrer guten Wärmeleitfähigkeit und ihrem geringen elektrischen Widerstand ausgewählt. Die Wärmequelle wird durch das in der Leitung 7 umlaufende Flüssigmetall gebildet, während die Kältequelle durch das Außenrohr 8 aus Nickel ge-In the illustrated embodiment, the thermoelectric metal parts 13 and 14 are of course in accordance with their good thermal conductivity and their low electrical resistance. The heat source is provided by the liquid metal circulating in the line 7 while the cold source is formed by the outer tube 8 made of nickel

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bildet ist, mit seinen außen angeordneten, in der äußeren Umgebung eingetauchten Rippen bzw. Rinnen 9 zur Abkühlung. Die koaxiale elektromagnetische Pumpe fördert so das leitende Metall, wobei es auch noch möglich ist, gegen das Äußere des Körpers 1 die Heizkraft auszutauschen, die durch das Flüssigmetall transportiert wird. Darüber hinaus sind die Werkstoffe, die die Metallteile 13 und 14 bilden, gtte Wärmeleiter, ebenso wie die zwischen den Plättchen 15 und den Rohren 3 und 8 hergestellten Schweiß- oder Lötverbindungen, wodurch nur ein minimaler Wärmewiderstand vorhanden ist, weshalb der Körper 1 der Pumpe selbst einen ausreichenden Wärmetauscher bildet.forms is, with its externally arranged, in the external environment immersed ribs or channels 9 for cooling. The coaxial electromagnetic The pump conveys the conductive metal, whereby it is also possible to exchange the heating power for the exterior of the body 1, which is transported through the liquid metal. In addition, the materials that make up the metal parts 13 and 14 are good Heat conductors, as well as the welded or soldered connections produced between the plates 15 and the tubes 3 and 8, whereby only one minimal thermal resistance is present, which is why the body 1 of the pump itself forms a sufficient heat exchanger.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Ausführung der Erfindung und gemäß einem in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt die betrachtete elektromagnetische Pumpe einen vollkommen koaxialen Aufbau, wobei das zu fördernde Flüssigmetall direkt dem Körper 1 über seine Achse zug^ührt wird, bevor es in die Umwälzleitungen 7 strömt, derart, daß Eintritt und Austritt für das Flüssigmetall an dem gleichen Ende des Körpers 1 gebildet sind. Aus diesem Grund ist das erste Metallrohr 2 mit seinem Zusatzrohr 20 als Innenabdeckung aus Weicheisen doppelt ausgeführt durch eine Schicht oder Hülle 21 aus wärmeisolierendem und elektrisch isolierendem Material, das mit einer Zentralsäule 22 einen für die Zuführung des Flüssigmetalls vorgesehenen Ringraum 23 bildet. Das Flüssigmetall kehrt nach Durchtritt durch nicht dargestellte, an den Enden des Körpers 1 vorgesehene Verbindungs-Rohrleitungskrümmer in die Umwälz-Leitungen 7 zurück, in denen es infolge Vorhandenseins sowohl eines magnetischen Feldes als auch eines elektrischen Stromes einer Kraft-According to a particular feature of the embodiment of the invention and according to a preferred embodiment shown in the drawing the electromagnetic pump under consideration has a completely coaxial structure, whereby the liquid metal to be conveyed is direct the body 1 is fed via its axis before it flows into the circulation lines 7, in such a way that the inlet and outlet for the Liquid metal are formed at the same end of the body 1. the end For this reason, the first metal pipe 2 with its additional pipe 20 is designed as an inner cover made of soft iron, doubled in one layer or shell 21 made of heat-insulating and electrically insulating material, which is connected to a central column 22 for the supply of the Liquid metal provided annular space 23 forms. After passing through, not shown, the liquid metal returns to the ends of the body 1 provided connection pipe elbow back into the circulation lines 7, in which there is due to the presence of both one magnetic field as well as an electric current of a force

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einwirkung unterworfen ist, die das Pumpen des Metalls erreicht. Bei dieser Anordnung kann das Flüssigmetall, im allgemeinen Natrium, verwendet werden, um in einem kontinuierlichen geschlossenen Kreislauf ähnliche Bedingungen zu schaffen, wie die, die im Kern eines schnellen Kernreaktors (Kernreaktor mit schnellen Neutronen) herrschen, um Versuche bei Bedingungen sehr nahe den wirklichen Bedingungen für Brennstoff stäbe vorzunehmen, die für den Kern eines solchen Reaktors vorgesehen sind. In der Zeichnung geben die Pfeile 24 und 25 den Richtungssinn der Umwälzung des Natriums im Ringraum 23 einerseits und in der Umwälzleitung 7 andererseits wieder.is subject to action that the pumping of the metal achieves. at With this arrangement the liquid metal, generally sodium, can be used in a continuous closed circuit create conditions similar to those found in the core of a fast nuclear reactor (nuclear reactor with fast neutrons), in order to carry out experiments under conditions very close to the real conditions for fuel rods, which are necessary for the core of such Reactor are provided. In the drawing, the arrows 24 and 25 indicate the direction of the circulation of the sodium in the annulus 23 on the one hand and in the circulation line 7 on the other hand again.

Für ein ausführbares Beispiel werden einige Angaben in bezug auf ein praktisches, jedoch nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie über die erhaltenen Ergebnisse gegeben:For an example that can be carried out, some information is given in relation to a practical, but not restrictive, exemplary embodiment of the invention and the results obtained:

Außendurchmesserouter diameter

der elektromagnetischen Pumpe 76 mmof the electromagnetic pump 76 mm

elektrischer Widerstand 31Ou £2 /cmelectrical resistance 31Ou £ 2 / cm

LuftspaltlängeAir gap length

magnetische Induktion 800 Gmagnetic induction 800 G

Temperatur der Wärmequelle 570 CHeat source temperature 570 C

Temperatur der Kältequelle 40 CCold source temperature 40 C

elektrischer Nutzstrom 55 A/cm Höheelectrical current 55 A / cm height

2 mittlere Kraft auf das Flüssigmetall 8-10 p/cm2 mean force on the liquid metal 8-10 p / cm

- cm Höhe- cm height

Auf diese Weise wird eine elektromagnetische Pumpe mit koaxialem Aufbau und sehr einfacher Gestaltung verwirklicht, bei der dieIn this way, an electromagnetic pump with a coaxial structure and a very simple design is realized in which the

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symmetrische Verteilung mehrerer Umwälzleitungen für das zu fördernde Flüssigmetall um die Achse des Körpers ein Leistungsvermögen und einen in hohem Maße verbesserten Wirkungsgrad erlaubt und gleichzeitig eine außergewöhnliche Kompaktheit der Mittel zuläßt, die im Aufbau der elektromagnetischen Pumpe selbst enthalten sind. Im übrigen kann durch das Außenrohr aus Nickel und das Innenrohr aus Weicheisen ein geschlossener Flußkreis mit schwachem magnetischem Widerstand für den magnetischen Fluß verwirklicht werden, der durch die Permanentmagnete erzeugt wird, was die Leistungsfähigkeit der gesamten Anordnung beträchtlich erhöht.symmetrical distribution of several circulation lines for the conveyed Liquid metal around the axis of the body allows and greatly improved efficiency at the same time allows an extraordinary compactness of the means contained in the structure of the electromagnetic pump itself. In addition, the outer tube made of nickel and the inner tube made of soft iron can create a closed flux circuit with a weak magnetic Resistance to the magnetic flux generated by the permanent magnets can be realized, which increases the efficiency the entire arrangement increased considerably.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße elektromagnetische Pumpe nicht auf die ausführlich dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann eine Reihe von Abänderungen erhalten. Z. B-. kann die elektromagnetische Pumpe an die Art des verwendeten geschmolzenen Metalls angepaßt werden, wie z. B. an Aluminium, Zink oder andere. Insbesondere ist die Anzahl der in Serie anzuordnenden Bausteine keineswegs begrenzt, im übrigen kann die Kältequelle auch innen und nicht außen angeordnet sein, es kann das erste Rohr die Rolle des dritten Rohres und umgekehrt übernehmen und kann darüber hinaus durch einen Kühlkreis von einem Kühlmittel gekühlt sein.Of course, the electromagnetic pump according to the invention is not limited to the embodiment shown and described in detail limited but can receive a number of amendments. E.g. B-. can adapt the electromagnetic pump to the type of molten metal used, e.g. B. aluminum, zinc or others. In particular, the number of in Series to be arranged building blocks by no means limited, moreover, the cold source can also be arranged inside and not outside, it can the first tube takes on the role of the third tube and vice versa and can also be provided with a coolant through a cooling circuit be chilled.

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Claims (9)

PatentansprücheClaims / 1. !Elektromagnetische Pumpe für ein flüssiges, elektrisch leitendes Fluid, insbesondere Flüssigmetall, wie Natrium, mit einem aus zylindrischen koaxialen Rohren bestehenden Pumpenkörper, gekennzeichnet durch / 1.! Electromagnetic pump for a liquid, electrically conductive Fluid, in particular liquid metal such as sodium, with a pump body consisting of cylindrical coaxial tubes, characterized by ein erstes zylindrisches Metallrohr (2),a first cylindrical metal tube (2), ein zweites dünnwandiges Metallrohr (3), das eine gerade Zahl von geeignet hergestellten vertieften Bereichen (4) bildet, wobei die Bereiche (4) zwischen dem ersten Rohr (2) und dem zweiten Rohr (3) von im wesentlichen ebenen Flanken (5, 6) begrenzt sind, die von dem zweiten Rohr (3) kommend sich bis zur Berührung mit dem ersten Rohr (2) erstrecken, um mehrere gesonderte Umwälzleitungen (7) für das zu pumpende Flüssigmetall zu bilden, die gleichmäßig um die gemeinsame Achse der beiden Rohre (2, 3) angeordnet sind,a second thin-walled metal tube (3) defining an even number of suitably manufactured recessed areas (4), the areas (4) between the first tube (2) and the second tube (3) are delimited by essentially flat flanks (5, 6) which are of coming from the second pipe (3) extend up to the point of contact with the first pipe (2), around several separate circulation lines (7) for the liquid metal to be pumped, which are arranged evenly around the common axis of the two tubes (2, 3), ein drittes dickwandiges Metallrohr (8) in Abstand vom zweiten Rohr (3) und mit ihm einen ringförmigen Abschnitt bildend, in dem genausoviel Permanentmagnete (11, 12) wie Umwälzleitungen (7) in Form von Kreisringteilen angeordnet und an den Rohren (3, 8) außerhalb der in dem zweiten Rohr (3) vertieft ausgebildeten Bereichen (4) koaxial befestigt sind, wobei die Dauermagnete (11, 12) jeweils gegenseitig unterschiedliche Polarität besitzen, unda third thick-walled metal tube (8) at a distance from the second tube (3) and with it forming an annular section in which as many permanent magnets (11, 12) as circulation lines (7) in the form arranged by circular ring parts and coaxially on the tubes (3, 8) outside the areas (4) recessed in the second tube (3) are attached, the permanent magnets (11, 12) each having mutually different polarity, and Metallteile (13, 14) in Berührung mit dem zweiten Rohr (3) einer-Metal parts (13, 14) in contact with the second tube (3) of a 409840/0403409840/0403 seits und dem dritten Rohr (8) andererseits in den in dem zweiten Rohr (3) vertieften Bereichen (4), wobei die Metallteile (13, 14) paarweise thermoelektrische Verbindungsstellen bilden, einen Strom über das in den zwischen dem ersten Rohr (2) und dem zweiten Rohr (3) gebildeten Umwälzleitungen (7) strömenden Flüssigmetall erzeugen, die erzeugten Stromlinien im wesentlichen senkrecht sind zu den von den Permanentmagneten (11, 12) erzeugten magnetischen Feldlinien und die Kraftlinien des magnetischen Feldes sich über das erste Rohr (2) und das dritte Rohr (8) wieder schließen.hand and the third pipe (8) on the other hand in the second Tube (3) recessed areas (4), the metal parts (13, 14) forming thermoelectric connection points in pairs, a current generate via the liquid metal flowing in the circulation lines (7) formed between the first pipe (2) and the second pipe (3), the streamlines generated are essentially perpendicular to the magnetic ones generated by the permanent magnets (11, 12) Field lines and the lines of force of the magnetic field close again via the first pipe (2) and the third pipe (8). 2. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (2) doppelt ausgeführt ist mittels eines dickwandigen vierten Rohrs (20) aus magnetischem Werkstoff, um über das erste Rohr (2) zwischen den Umwälzleitungen (7) für das Flüssigmetall die Kraftlinien des durch die Permanentmagnete (11, 12) erzeugten Magnetfeldes gemäß einem Weg mit geringem magnetischem Widerstand wieder zu schließen.2. Electromagnetic pump according to claim 1, characterized in that that the first tube (2) is designed twice by means of a thick-walled fourth tube (20) made of magnetic material to Via the first pipe (2) between the circulation lines (7) for the liquid metal, the lines of force of the through the permanent magnets (11, 12) generated magnetic field to close again according to a path with low magnetic resistance. 3. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Rohr (20) aus Weichmetall hergestellt ist.3. Electromagnetic pump according to claim 2, characterized in that that the fourth tube (20) is made of soft metal. 4. Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Rohr (8) an seiner Außenfläche Abkühlrinnen oder -rippen (9) besitzt zum Vergrößern der Wärmetauschfläche zwischen dem Rohr (8) und der äußeren Umgebung (10).4. Electromagnetic pump according to one of claims 1-3, characterized in that the third tube (8) on its outer surface Has cooling channels or fins (9) to enlarge the heat exchange surface between the tube (8) and the external environment (10). 409840/0403409840/0403 2A159382A15938 5. Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Rohr ( 8) aus Nickel hergestellt ist.5. Electromagnetic pump according to one of claims 1-4, characterized in that the third tube (8) made of nickel is. 6. Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß6. Electromagnetic pump according to one of claims 1-5, characterized in that das erste Rohr (2) und das zweite Rohr (3) aus rostfreiem Stahl bestehen , undthe first tube (2) and the second tube (3) are made of stainless steel , and die Metallteile (13, 14) durch einen Stapel aus Plättchen (15) gebildet sind, die gute Wärmeleitfähigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit besitzen und an dem zweiten Rohr (3) und dem dritten Rohr (8 ) angeschweißt oder angelötet sind.the metal parts (13, 14) formed by a stack of small plates (15) are, which have good thermal conductivity and good electrical conductivity and on the second pipe (3) and the third pipe (8) are welded or soldered on. 7. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (15) eine zur Kompensation der unterschiedlichen Dehnungen zwischen dem zweiten Rohr (3) und dem dritten Rohr (8) angepaßte Form besitzen.7. Electromagnetic pump according to claim 6, characterized in that that the plate (15) one to compensate for the different expansions between the second tube (3) and the third Have tube (8) adapted shape. 8. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (13, 14) abwechselnd aus Kupfer bzw. Konstanten bestehen.8. Electromagnetic pump according to claim 6 or 7, characterized in that the metal parts (13, 14) alternately made of copper or constants exist. 9. Elektromagnetische Pumpe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metallrohr (2) ein fünftes9. Electromagnetic pump according to one of claims 1-8, characterized in that the first metal tube (2) has a fifth 409840/0403409840/0403 Rohr (20) umgibt, das vom ersten Rohr durch eine elektrische Isolierschicht und Wärmeisolierschicht (21) abgetrennt ist, wobei das
fünfte Rohr (20) von dem in der Pumpe zu fördernden Flüssigmetall durchflossen ist und an seinem Ende mit den zwischen erstem Rohr (2) und zweitem Rohr (3) gebildeten Umwälzleitungen (17) in Verbindung steht.Surrounding tube (20) which is separated from the first tube by an electrical insulating layer and thermal insulating layer (21), the
The liquid metal to be conveyed in the pump flows through the fifth pipe (20) and is connected at its end to the circulation lines (17) formed between the first pipe (2) and the second pipe (3). 409Ö40/Q403409Ö40 / Q403