JPS63101795A - ポンプ集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の１次及び中間液体金属のような第１及
び第２の導電性液体流を結合することによって第１流を
圧送するフローカプラーに係わる。具体的には、本発明
は第２導電性液体流の一部を利用して磁気コイルを励磁
することにより、第１及び第２導電性液体流に磁界を作
用させる。

液体金属高速増殖炉（ＬＭＦＢＲ）の開発の初期段階に
、液体金属を電磁（ＥＭ）ポンプによって圧送できるこ
とが発見された。ＥＭ水ポンプ長所は従来の回転羽根ポ
ンプと異なり、構造が簡単であり、可動部分を含まない
ことにある。従来の機械式ポンプは軸受やシールのよう
な高い精度を要求される可動部分の領域に振動や熱ひず
みに伴なう固有の問題を抱えている。ＥＭ水ポンプは機
械式ポンプの回転羽根に関連して起こるキャビテーショ
ン問題は存在しない。

フローカプラーとも呼ばれるこのＥＭ水ポンプ原子炉の
炉心で加熱される１次液体金属流を圧送するのに特に好
適である。このフローカプラーは中間液体金属流の内部
エネルギーを１次流に伝達して１次流を駆動または圧送
する。

フローカプラーの初期の例はＢｒ１ｌｌの米国特許第２
，７１５，１９０号及びＦｕｌｌｅｙの英国特許第７４
５，４６０号に記載されている。

典型的なフローカプラーにおいては、中間流中の被駆動
液体金属がフローカプラーの発電ダクトに導入される。

発電ダクトの近傍には１次液が流れるポンプダクトがあ
る。発電ダクト及びポンプダクト内の中間液体金属流及
び１次液体金属流に共通の磁界が作用する。

第１流が共通磁界を通過すると比較的低い電圧が発生し
、この電圧がポンプダクト、発電ダクトとポンプダクト
の間に介在させた短い低抵抗電極、及びダクトの両側に
配置したリターン導体によって形成される回路に供給さ
れる。発生した電圧によりこの回路中に大きい電流が流
れる。ポンプダクト中に発生する高電流と共通磁界との
相互作用がポンプダクト内の１次流を駆動する。従って
、発電ダクト内の中間液体金属流がポンプダクト内の１
次液体金属流に“結合”される。ＬＭＦＢＲシステムに
このようなフローカプラーを採用する例は、ＮＵＣＬＥ
ＡＲＥＮＥＲＧＹ、１９８１．Ｖｏｌ、２０　２月。

Ｎｏ、１．第７９−９０ページに掲載されたり、Ｆ。

Ｄａｖｉｄｓｏｎ等の論文”　Ｓｏｄｉｕｍ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｔｅｃｈｎｏｌ。

ｇｙ　　ａｔ　　ｔｈｅ　　Ｒ１５ｌｅｙ　　Ｎｕｃｌ
ｅａｒ　　Ｐｏｗｅｒ　　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｌ
ａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ″に記載されている。また、Ａ
、Ｒ，Ｋｅｅｔｏｎ等の米国特許第４，４６９．４０号
はこの種のフローカプラーの改良例を開示している。

Ｗ、Ｇ、Ｒｏｍａｎの米国特許第４，４１２，７８５号
には、原子炉と併用するためのフローカプラー／熱交換
器集合体が開示されている。この集合体は内外槽間に環
状域を形成する。環状域内に複数の伝熱管群が配置され
、隣接する伝熱管群の間には比較的広いスペースが残さ
れる。環状域を通過する半径方向の磁界が形成される。

第１導電流体、例えば、中間液体金属が強力な中間ポン
プによって伝熱管群間のスペースを通って圧送れ、第２
導電流体、例えば、１次液体金属が伝熱管群へ導入され
る。半径方向の磁束が中間液体金属流を１次液体金属流
と結合させる。伝熱管群の間のスペースの中間液体金属
が半径方向磁束を通過して外部に圧送されると、環状域
を中心とする円周方向に電圧及び電流が発生する。

この電流が近傍の伝熱管及び該管内の１次液体金属を通
過して反対方向の駆動力を発生させ、１次液体金属を駆
動または、圧送する。

ＥＰＲＩ　ＮＦ−１６５６，ＴＰＳ７９−７７４．Ｆｉ
ｎａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ。

１９８１年１月号に掲載された１、Ｒ，ＭｃＮａｂ及び
ＣｙＣ゛、Ａｌｅｘｉｏｎの論文”Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉ
ｃｉｅｎｃｙ　ＤＣＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　
　Ｐｕｍｐｓ　　ａｎｄ　　Ｆｌｏｗ　　Ｃｏｕｐｌｅ
ｒｓＦｏｒ　ＬＭＦＢＲｓ”にはプール型ＬＭＦＢＥＲ
用の一体的な熱交換器／フローカプラー集合体が記載さ
れている。複数のダクトモジュールが円形に配列され、
隣接するダクトモジュール間に磁気コイルが配置される
。各ダクトモジュールは１次液体金属が流れるポンプダ
クト及び中間液体金属が反対方向に流れる発電ダクトを
含む。磁気コイルから発生した磁束はすべてのダクトモ
ジュールを通過する円形磁界を形成するように鉄回路に
よって制御される。１つの実施例では、中間液体金属が
中央に設けた人口に導入され、複数の垂直管から成る中
間熱交換器にむかって下向きに導かれる。次いで、中間
液体金属は上向きに方向を変え、前記垂直管の周りを通
過した後、各発電ダクトに導入される。１次液体金属流
はポンプダクトを通って流下し、ポンプダクトを出てか
ら中間熱交換器の伝熱管に導入され、これを流下した後
、放出され、炉心へ還流する。フローカプラーは前記中
間熱交換器の下方に配置すればよい。

上記出願”　Ａ　Ｐｕｍｐ／Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ
　Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　
Ｆｏｒ　Ａ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｍｅｔａｌ　Ｒｅａｃｔｏ
ｒ”はフローカプラーを中間熱交換器の下方にこれと共
線関係に配置した原子炉用フローカプラー／中間熱交換
器集合体を開示している。１次液体金属は炉心から中間
熱交換器へ導入され、中間熱交換器の環状空洞内に囲ま
れた伝熱管アレイを流下する。中間液体金属は中央に配
置された”下降管”を介して集合体に供給され、中間熱
交換器を通ってフローカプラーへ、具体的には、それぞ
れが単数または複数組のポンプダクト及び発電ダクトか
ら成る複数のフローカプラーに中間液体金属を配分する
ための第１プレナムに達する。中間液体金属を出た後、
フローカプラー・モジュールの発電ダクトを通って平行
に上昇する。ポンプダクトを出た中間液体金属は第２プ
レナムに回収された後、前記伝熱管を流下する１次液体
金属によって加熱されるべく環状空洞に導入される。加
熱された中間液体金属は放出され、蒸気発生器へ送られ
る。冷却された１次液体金属は前記管から第３プレナム
へ放出され、複数の発電ダクトを平行に流下し、その結
果、冷却された中間液体金属は比較的高圧で炉底の広い
ブレナムへ圧送され、炉心へ還流させられる。

以上に述べたフローカプラー／中間熱交換器集合体はい
ずれも集合体に貫通して磁気コイルと接続する導線を必
要とする。磁気コイルは導線を介して供給される電流に
よって励磁されて、連携の鉄回路を通過する磁界を発生
させ、その結果、円形磁界が各ダクトモジュールのポン
プダクト及び発電ダクトを通過する。このような導線の
貫通によりフローカプラーのサイズ及びフローカプラー
／熱交換器集合体のサイズが増大する。また、磁気コイ
ルに必要な電力を発生させるため、導線の他端に遠隔電
源を接続しなければならない。

本発明の目的は原子炉装置に組込まれる新規かつ改良型
のポンプ集合体を提供することにある。

したがって、本発明によれば、圧送される第２導電流体
から第１導電流体に内部エネルギーを伝達するためのポ
ンプ集合体で あって、 ａ）第１流体を受けるポンプダクトと；ｂ）圧送される
第２流体の第１流を受ける１次発型ダクトピ＝＃と； Ｃ）ポンプダクトを貫通する主要磁界が発生するよう励
磁可能で、主要磁界と圧送される第２流体の第１流との
相互作用により、ポンプダクト及び１次発電ダクトを通
る第１電流を発生させ、ポンプダクトを介して第１流体
を圧送する主要手段と： ｄ）圧送される第２流体の第２流を受ける補助発電ダク
トと； ｅ）補助発電ダクトを通過する補助磁界を発生させ、補
助磁界と圧送される第２流体の第２流との相互作用によ
り前記主要発生手段に供給されてこれを励磁する第２電
流を発生させる補助手段 とから成ることを特徴とするポンプ集合体が提供される
。

本発明の利点、性質及びその他の構成要件は添付図面に
沿った以下の説明からさらに明らかになるであろう。

添付図面の第１図には、中間熱交換器（Ｉ）ＩＸ）１６
及びフローカプラーまたは１次ナトリウム・ポンプ（ｐ
ｓｐ）ｔｓの集合体１５を含む原子炉装置１０を示した
。ＩＨＸＩ６及びＰＳＰｌＢは導電流体、例えば、ナト
リウムの１次ループまたは１次流１４及び導電流体、例
えば、ナトリウムの中間ループまたは中間流２０から成
る回路中に接続されている。詳しくは後述するようにＰ
ＳＰｉＢは１次ループ１４を周るように液体金属を炉心
１２との間で圧送し、１次流体は前記炉心１２において
、約５００℃という比較的高い温度に加熱される。

ＩＨＸ１６は加熱された１次液体金属から中間液体金属
へ熱エネルギーを伝達する。中間ループ２０において、
機械式ポンプ２２が人口導管２１からフローカプラー形
式のＰＳＰｌＢへ中間液体金属を圧送し、フローカプラ
ーは詳しくは後述するように、被駆動中間液体金属から
１次液体金属に内部エネルギーを伝達する。ただし、１
次液体金属をも駆動できるように機械式ポンプは能力の
大きいものでなければならない、中間液体金属はＩＨＸ
１６を通過しながら炉心１２で加熱された１次液体金属
から熱エネルギーを伝達され、出口導管２３を通って蒸
気発生器２４に流入する。

蒸気発生器２４には、例えば水のような気化可能な流体
を循環させてこれを気化した後、蒸気ループ３４のター
ビン２６へ循環させることにより、タービン２６の羽根
を回転させて発電機を駆動し、電気エネルギーを出力さ
せる。使用済みの蒸気はタービン２６を出てコンデンサ
３０によって液化された後、復水ポンプ３２に還流し、
再び蒸気発生器２４中を循環する。

第２及び３図に示すように、プール型原子炉の炉心１２
を囲む環状域に複数のＰＳＰ／ＩＨＸ集合体を組込む。

第３図に示すように、炉心槽３６の周りに円形アレイを
形成するように６基のＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５ａ〜１
５ｆを配置する。生体遮蔽手段４２が炉心槽３６を囲む
。中間液体金属が人口導管２１からＩＨＸ１６に流入し
、導管２３から放出される。炉心槽３６内で加熱される
べく、１次液体金属は矢印４０ａで示すようにＰＳＰ１
８によって中性子遮蔽体３８周りを圧送された後、矢印
４０ｂで示すように複数のＩＨＸ１６のそれぞれに還流
する。

ＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５のその他の詳細フユーザ６８
へ中間液体金属を導入するため集合体１５のほぼ全長に
沿って軸方向に延びている外側及び内側下降管４４．４
５と接続している。中間液体金属は矢印８４で示すよう
にＰＳＰ１８及びＩＨＸ１６を通り、バイブ４４．４５
を囲んでこれと同心に配置され、出口導管２３と接続し
て中間液体金属が中間ループ２０内を搬送されるように
する中間出口導管４６から流出する。

ＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５はＩＨＸ１６を囲み、上端で
上部管板５０を下端で下部管板５２をそれぞれ支持する
ＩＨＸ外殻４８を含む。上下管板５０，５２はその間に
、アレイ状に配列された伝熱管５４を支持する。伝熱管
５４はＩＨＸ外殻４８と中間出口導管４６の間に形成さ
れる環状スペースに互いに間隔を保って配置される。矢
印８４で示すように、中間液体金属は伝熱管５４の周り
に沿ってこの環状スペースを流れる。１次液体金属は矢
印８２で示すように伝熱管５４を流れ、その下端からＩ
ＨＸ下部プレナム６４へ流入する。プレナム６４の下端
は環状の外側上部支持板５６によって囲まれる。支持板
５６には１次液体金属を放出するため支持板５６を貫通
する複数の孔７４ａ、７４ｂ、７４ｃを形成しである。

ＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５はＰＳＰ１８を囲み、かつ収
納するＰＳＰ外殻４９を含む。

ｐｓｐ外般４９はその上端で内側上部支持板５８を支持
し、支持板５８は矢印８４で示すように中間液体金属を
上向きに通過させることができるように、その周りに配
置された複数組の孔を含む。中間膜体５１の上縁及び下
縁は外側上部支持板５６及び内側上部支持板５８とそれ
ぞれオーバラップする。支持板５６．５８＆び中間殻５
１はＰＳＰ１８から上向ぎに通過する中間液体金属を受
けて、これを外側下降管４４とパイプ４４の周りにこれ
と同心関係に配置された中間導管４６の間に形成される
連結環状流路に導入するためのフローカプラー上部ブレ
ナム６６を画定する。

各ポンプダクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃの上端は外側上
部支持板５６によって支持され、複数の発電ダク１−７
０の上端は内側上部支持板５８によって支持されるから
、ＩＨＸ１６の複数の伝熱管５４を互いに等間隔のコン
パクトなアレイを形成するように配置することにより、
１次液体金属流を増大させ、ｐｓｐ／Ｉ）ｉＸ集合体１
５の直径または断面積を極力縮小することができる。

−以　　下　　余　　白　　− ｐｓｐ外殻４９はその下端で内側下部支持板６２を支持
する。外側支持板６０は支持板６２から下方に間隔を保
ち、下膜６５と共に、下降管４４から中間液体金属を受
けてこれを矢印８４で示すように再び上向きに開放格子
８５、支持板６２の孔及びＰＳＰ１８を通って流動させ
るためのフローカプラー下部ディフューザ６８を形成す
る。５０％開放格子８５は渦を解体させ、中間液体金属
を均質な流れとしてＰＳＰ１８へ流入させる。フローカ
プラーの下部ディフューザ６８は圧力損失が最小となる
ようにその形状及び寸法を設定する。

外側下部支持板６０は下部殻体６５を介してＰＳＰ外殻
４９だけで支持され、その内側部分は支持されない状態
のままである。内側上部支持板５８及び内側下部支持板
６２はそれぞれの外周縁をＰＳＰ外殻４９によって支持
され、それぞれの内周縁を内殻８９によって支持される
。ｐｓｐ外般４９及び内殻８９は内部圧力、軸方向重量
、及びＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５に加わる垂直方向地震
荷重に耐えるように設計されている。集合体１５の設計
に際しては殻体４８．４９のバックリングが起こらない
ように配慮した。ＰＳＰ／ＩＨｘ集合体１５は緩衝手段
としてナトリウムを充填した高い精度を要求される支持
管内に位置するから、水平方向地震荷重が問題となるこ
とはない。

第４及び５図から明らかなように、ＰＳＰの １８はダクトモジュール６９形式の複数の個へ 別フローカプラーを含み、第５図にはその一部としてモ
ジュール６９ａ、６９ｂを示しである。各ダクトモジュ
ール６９は複数の中間または発電ダクト７０　ａ、　　
７０　ｂ、　　７０　ｃと、第２対の１次またはポンプ
ダクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃとから成る。図示の実施
例では中間ダクト７０を１次ダクト７２の間に介在させ
、１次ダクト７２ａのＰＳＰ外殻４９に始まって、中間
ダクト７０ａ、１次ダクト７２ｂ１中間ダクト７０ｂ、
１次ダクト７２Ｃ１中間ダクト７０ｃと続くシーケンス
を形成する。矢印８４で示すように、中間液体金属は各
ダクトモジュール６９またはフローカプラーの各中間ダ
クト７０ａ、７０ｂ、７０ｃを上向きに通過した後、−
緒にフローカプラー上部ブレナム６６に導入される。１
次液体金属は矢印８２で示すように下向きに複数組の孔
７４　ａ、　７４　ｂ、　７４　ｃを通って対応の１次
ダクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃに流入し、これを流下し
た後、出口孔８７ａ１８フｂ、８７ｃ（孔８７ｂ、８７
ｃは図示されていない）からそれぞれ放出される。なお
、各ダクトモジュール６９は外側下部支持板６０内に対
応の出口孔８７ａ、８７ｂ、８７Ｃを具備する。

特に第４及び５図から明らかなように、第５図図示の磁
気コイル７６．７６ａ、７６ｂによって環状磁界が形成
される。各磁気コイル７６は隣接するダクトモジュール
６９間に配置され、連携の磁極片７８を囲んでいる。

磁極片７８は各磁気コイル７６から発生する磁界に、ダ
クトモジュール６９の１つが配置されているエアギャッ
プを横切るような形状を与える。ｐｓｐｔｓに複数の磁
気コイル７６を使用するのは冗長性を得るためである。

本発明では各コイル７６に対してそれぞれに固有のブー
トストラップ発電機１０１により別々に給電する。

ＰＳＰｌＢは図示実施例の場合、１８本の１次ダクト７
２及び１８本の中間ダクト７０を含む。互いに隣接する
１本の１次ダクトフ２と１本の中間ダクト７０が各フロ
ーカプラーを形成し、図示の実施例ではこのようなフロ
ーカプラーが１８個形成される。６本のダクト７０及び
７２から成る３個のフローカプラーが第４及び５図に示
すようなダクトモジュール６９の１つを形成する。各ダ
クトモジュール６９は互いに並列に作用し、機械式ポン
プ２２によって得られる中間ナトリウムの比較的高い液
圧という形の内部エネルギーを、結合された電流及び磁
界の作用下に極めて能率的に１次液体金属へ伝達する。

この結合はローレンツ関係式 ％式％ に基づく。即ち、磁界百を速度Ｖで通過する荷重９゜に
作用する力Ｙは上記関係式で表される。これはベクトル
関係であるから、速度Ｖが磁界百に対して垂直な時、力
Ｙが最大となる。磁気コイル７６は矢印７５で示すよう
に、各ダクトモジュール６９の各フローカプラーを通過
する環状磁界を発生させる。矢印７５で示す磁界が各中
間ダクト７０を通過すると、第５図の紙面に垂直な線に
沿って上向きに圧送される中間液体金属と前記線と直交
する方向の磁界との相互作用で電位の傾きが発生し、鎖
線７３ａで示すように電流がＰＳＰｌＢの中心にむかっ
て半径方向に内方へダクト７０，７２を流れる。各ダク
トモジュール６９は積層構造８０内に形成され、この積
層構造は１次ダクト７２ａへ再導入される前に通過すべ
き１対の有効なリターン・バス７３ｂをダクト７０．７
２の周りに画定する。

第５図に示すように、積層構造８０は合成板８６及びリ
ターン導体またはリターン板９４とから成り、これらが
交互に積み重ねられて積層構造８０を形成する。板はい
ずれも銅のような高導電材料で形成されている。板８６
．９４はまた、絶縁性ボルトで結合すればよい。各合成
板８６は磁界を通過させるための、硫性鋼のような硫性
材から成る１対の側方要素８８ａ、８８ｂと、高強度の
導電性非磁阻材、例えばステンレススチールから成る頂
部及び底部要素９０　ａ、　９０　ｂとを含む。

各１次ダクト７２ａ及び中間ダクト７０ｃの有効長に沿
って垂直に１対の頂部及び底部電極９１ａ、９１ｂをそ
れぞれ配置する。頂部及び底部電極は銅のような高導電
材で形成する。側方要素８８ａ、８８ｂはその中間部を
磁極片７８を接続することにより、磁界７５を効率的に
伝播させる。それぞれ隣接する１次ダクト７２と中間ダ
クト７０の間に複数の心ざら９２ａ〜９２ｅを介在させ
る。この心ざら９２は銅のような高導電材で形成されて
いる。

各ダクト・モジュール６９及びその積層構造８０内を流
れる電流は他から絶縁される。

バス７３ａに沿って半径方向に内方へ１次またはポンプ
ダクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃを流れる電流と、矢印７
５で示すこの電流と直交する磁界との相互作用により、
１次ダクト７２　ａ、　７２　ｂ、　７２　ｃ内の１次
液体金属に、これを第５図紙面に垂直な線に沿って該紙
面にむかって下向きに圧送する力が作用する。中間ダク
ト７０を１次ダクト７２と交互に配置することにより、
渦電流が循環するのを防止する。ｉｎ界が環状であるか
ら、ＰＳＰ外般４９内のスペースを最大限に活用し、Ｐ
ｓｐ外般４９の外径をＩＨＸ外殻４８の外径とほぼ同じ
サイズに維持することができる。

磁界が環状であることは複数磁極片７８ａ〜７８ｆ内の
鉄量を最小限に節減する上でも効果的である。

次に第４及び５図を参照しながら、中間及び１次液体金
属の流れを要約して説明する。

矢印８４−１〜８４−８はＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５を
通る中間液体金属の流れを示し、この流れは矢印８４−
１で始まり、最後に矢印８４−８で示すように集合体１
５から出る。中間液体金属は第１図に示すように中間ル
ープ２０の入口導管２１から導入され、下降管４５を流
下してフローカプラー下部ディフューザ６８に流入し、
ここで反転して再び上向きに各ダクトモジュール６９の
各中間ダクト・セット７０ａ、７０ｂ、７０ｃを流れる
。６組の中間ダクト７０を上昇する中間液体金属の平行
流はフローカプラー上部ブレナム６６に導入され、ここ
に回収された後、極めて小さい圧力損失を伴なうだけで
、導管８９及び下降管４４によって形成される環状路を
通ってＩＨＸ１６に流入する。中間液体金属は伝熱管５
４間のスペースをそれぞれの管５４の周りを循環しなが
らＩＨＸ１６内を上昇した後、中間出口導管４６から放
出され、出口導管２３を通って中間ループ２０へ還流す
る。

同様に、１次液体金属はバスに沿って、かつ矢印８２−
１〜８２−６が示すシーケンスに従ってＰＳＰ／ＩＨＸ
集合体１５内を通過する。加熱された１次液体金属は炉
心１２からＩＨＸ１６の伝熱管５４に導入され、管の周
りを流れる中間液体金属にその熱エネルギーを伝達する
。冷却された１次液体金属は伝熱管５４からＩＨＸ下部
ブレナム６４に流入する。１次液体金属はそのまま流下
し続けて孔７４　ａ、　７４　ｂ、　７４　ｃを通過し
、複数組の１次ダクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃのそれぞ
れに流入し、これを流下し、圧送された後、出口孔８７
ａ、８７ｂから放出され、１次ループ１４を通って炉心
１２に戻される。

第４及び５図には励磁電流を発生させてこれをＰＳＰｌ
Ｂの各磁気コイル７６に供給するための磁気流体発電機
またはブーストラップ発電機１０１を示しである。図面
から察知されるように、ＰＳＰｌＢの外Ｂ４９内に円形
アレイを形成するように複数の、例えば６つのダクトモ
ジュール６９ａ〜６９ｆを配置し、隣接するダクトモジ
ュール６９間に磁気コイル７６を配置してブーストラッ
プ発電機１０１と連携させ、後述するように、この発電
機によって前記磁気コイルに励磁電流を供給する。励磁
電流が磁気コイル７６を流れて、矢印７５で示すように
主要磁界を発生させる。磁界７５は環状を呈し、各ダク
トモジュール６９の中間ダクト７０及び１次ダクト７２
の周りを、かつこれらを横切って流動する。

特に第４図から明らかなように各ブーストラップ発電機
１０１はフローカプラー下部ディフューザ６８からダク
ト１０２を通って上昇した後、フローカプラー上部ブレ
ナム６６から流出する中間液体金属の第２または補助流
を受けるためのブーストラップ発電ダクト１０２を含む
。ダクト１０２からの中間液体金属の補助流は中間ダク
ト７０から流出する中間液体金属の第１または主流と混
合され、矢印８４で示すように、導管８９及び下降管４
４によって形成される環状流路を上昇し、ＩＨＸ１６を
通過した後、中間出口導管４６から放出される。

ブーストラップ発電ダクト１０２は適当な高強度の導電
材料、例えばステンレススチールで形成され、第５図に
示すようにほぼ正方形である。中間液体金属はＰＳＰｌ
Ｂの底部から第５図紙面を遠ざかる方向に上向きに流れ
る。磁界発生器９６の一部を第５図に示した。磁界発生
器９６は円形を呈し、複数のダクトモジュール６９及び
磁気コイル７６を囲む。磁界発生器９６は第５図にその
一部、即ち、セクション９８ａ、９８ｂを示しである複
数の永久磁石セクションを含む。各セクション９８は矢
印９７で示す補助磁界を形成するように磁極を配向され
た永久磁石材料から成る。永久磁石セクション９８ａ、
９８ｂ間に１対の１ｉｆｔ極片１００ａｌ、１００ａ２
を介在させることにより、ブーストラップ発電ダクト１
０２を通過する補助磁界９７を発生させる。上述したの
と同様の態様で、この補助磁界９７と圧送されてダクト
１０２を流れる中間液体金属との相互作用下にダクト１
０２に電圧が発生し、詳しくは後述するように、第２ま
たは補助電流がダクト１０２及びこのダクト１０２内の
中間液体金属第２流を流れる。

磁界発生器９６にブーストラップ発電機のバス構造１０
６を設けることにより、発生した第２電流を連携の磁気
コイル７６に結合する。第５図に示すように、ブースト
ラップ発電機バス構造１０６は第５及び６Ａ図から明ら
かなように引込導体１１２を含み、その一端がブースト
ラップ発電ダクト１０２の一方の側と電気的に接触し、
他端が磁気コイル７６と電気的に接触する。磁気コイル
７６を通る回路は、それぞれが磁気コイル７６の１対の
出力コイル・セグメント１２Ｑａ、１２０ｂの一方とそ
れぞれ接続する１対の導体脚１１０ａ、１１０ｂとして
第５図に断面図で示したリターン導体１０８によって完
成される。

第６Ａ及び６Ｂ図に示すように、磁気コイル７６は特に
第６Ｂ図から明らかなように入力コイル・セグメント１
１８を起点とする単一のターン１１６から成る。単一コ
イル・ターン１１６はコイル周りに電流を導通し、出力
コイル・セグメント１２０ａ、１２０ｂで終っている。

絶縁層１２２が出力コイル・セグメント１２０ａ、１２
０ｂを入力コイル・セグメント１１８から分離する。第
６Ａ及び５図から明らかなように、導体脚１１０ａ、１
１０ｂは出力コイル・セグメント１２０ａ、１２０ｂと
それぞれ接続し、引込導体１１２は入力コイル・セグメ
ント１１８と電気的に結合している。このようにして、
第５図に示すように、ブーストラップ発電ダクト１０２
内に発生する電流の完全な回路が成立する。第５図から
明らかなように、電流は第１セグメント・バス１１４ａ
に沿ってダクト１０２から引込導°体１１２を通って入
力コイル・セグメント１１８へ流れ、コイル・ターン１
１６の周りを流れて出力コイル・セグメント１２０ａ、
１２０ｂに至り、次いで、電流バス１１４ｂに沿って導
体脚１１０ａ、１１ｏｂを通り、第５図に示すようにブ
ーストラップ発電ダクト１０２の頂部側に至る。第６Ａ
及び６Ｂ図に示すように単一コイル・ターン１１６を採
用することで磁気コイル７６のための絶縁が不要となり
、従って単一コイル・ターン１１６は所与の容積で多量
の銅を含有することができ、これによって電気損失を軽
減することができる。さらにまた、単一コイル・ターン
１１６は余分な絶縁がないことから、比較的低い温度で
動作するから、冷却手段を別設する必要がない。

図示実施例ではアルニコ６を材料として形成することの
できる永久磁石セクション９８によって補助磁界９７を
発生させる。本発明の他の実施例では、永久磁石セクシ
ョン９８の代りに電磁コイルを使用することができる。

ただし、電磁コイルの欠点として、導線を炉心１２まで
引込む必要があるから、ＰＳＰ／ＩＨＸ集合体１５のサ
イズが大きくなる。中間ダクト７０及びブーストラップ
発電ダクト１０２を中間液体金属の第１及び第２流が互
いに平行に流動するためには、中間ナトリウム・ループ
２０中の機械式ポンプ２２の流量を磁界発生器９６によ
って利用される第２流の量だけ増大させねばならない。

これに代わる実施態様として、同じ１次液体金属流がよ
り少ない中間流によって誘導されるように、中間及び１
次ダクト７０．７２の設計を変更してフロー増幅率（ｆ
ｌｏｗ　　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を増大させる
ことも可能である。中間ダクト７０を、特にその幅を縮
小するように設計変更することによってこれを流れる電
流を増大させることができる。

ある実施例では、磁気コイル７６を１６０ＫＡ−Ｔ、０
・４７５ｖで操作することができる。主磁気コイル７６
のこのような低電圧高電流条件はブーストラップ発電機
１０１の出力特性に適合する。ブーストラップ発電機１
０１の出力電圧が０．５０８Ｖならブーストラップ発電
機バス構造１０６の予想抵抗に適応できる。この発電機
１０１はすでに指摘した通り、中間流またはフロー増幅
率が８゜８％だけ増大されることを必要とする。ブース
トラップ発電機１０１の励磁条件は磁束が０．１０９Ｗ
、起磁力（ＭＭＦ）が６３．フＫＡ−Ｔである。これら
の値は主磁気コイル９６が供給しなければならないＭＭ
Ｆの４０％、磁束の１０％にそれぞれ相当する。すでに
述べたように、必要な補助磁界９７がアルニコ６を材料
とする永久磁石セクション９８によって形成することが
できる。このセクションの周長４フイート、半径方向高
さは３インチである。永久磁石セクション９８の代りに
電磁コイルを使用した場合、補助磁界９７の強さを可変
することで制御の融通性は維持されるが、主磁気コイル
を励磁するために導線を挿入しなければならない公知ポ
ンプの約４０％に相当する導線を挿入しなければならな
い。

本発明の趣旨と範囲を逸脱することなく上記装置には多
様な変更を加えることができるから、以上の記述はあく
までも説明のためのものであり、制限的な意味を持つも
のではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１次ナトリウム・ポンプ（ＰＳＰ）／
熱交換集合体を組込んだ液体金属高速増殖炉の簡略図；
第２及び３図は第１図に示したプール型液体金属高速増
殖炉を一部切欠いて略示する側面図及び頂面図；第４図
は本発明のＰＳＰ磁気コイル励磁用磁気流体発電機を組
込まれた状態で、第１．２及び３図に略示したＰＳＰ／
熱交換器集合体を示す詳細な斜視図；第５図は特に磁気
流体発電機、及びダクトモジュールに連携させた１対の
磁気コイルと前記発電機との接続を示す、第４図に示し
たｐｓｐの水平断面図；第６Ａ及び６Ｂ図はそれぞれ第
５図６Ａ−６Ａ線における磁気コイル及び磁気流体発電
機の側方断面図及び第６Ａ図６Ｂ−６Ｂ線における磁気
コイルの正面側断面図である。 １８−一−−ポンプ集合体 ７０　−−−−　−次発型ダクト ７２−−−−　ポンプダクト ９６−−−−　補助磁界発生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧送される第２導電流体から第１導電流体に内部エ
   ネルギーを伝達するためのポンプ集合体であって、 ａ）第１流体を受けるポンプダクトと； ｂ）圧送される第２流体の第１流を受ける１次発電ダク
   トと； ｃ）ポンプダクトを貫通する主要磁界が発生するよう励
   磁可能で、主要磁界と圧送される第２流体の第１流との
   相互作用により、ポンプダクト及び１次発電ダクトを通
   る第１電流を発生させ、ポンプダクトを介して第１流体
   を圧送する主要手段と； ｄ）圧送される第２流体の第２流を受ける補助発電ダク
   トと； ｅ）補助発電ダクトを通過する補助磁界を発生させ、補
   助磁界と圧送される第２流体の第２流との相互作用によ
   り主要発生手段に供給されてこれを励磁する第２電流を
   発生させる補助手段 とから成ることを特徴とするポンプ集合体。 ２、補助手段が永久磁石を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のポンプ集合体。 ３、１次発電ダクト及び補助発電ダクトのそれぞれが圧
   送される第２流体の第１及び第２流を１次発電ダクト及
   び補助発電ダクトの入力端に平行に導入する手段をも含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のポン
   プ集合体。 ４、導入手段が圧送される第２流体を受け、１次発電ダ
   クト及び補助発電ダクトのそれぞれの入力端と連通する
   第１チェンバを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載のポンプ集合体。 ５、１次発電ダクト及び補助発電ダクトのそれぞれの出
   力端と連通して出力端から平行に圧送される第２流体の
   第１及び第２流を受ける第２チェンバをも設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のポンプ集合体
   。 ６、それぞれがポンプダクト及び１次発電ダクトから成
   る複数のフローカプラーを設け、複数のフローカプラー
   の互いに隣接するフローカプラー間に磁気コイルを配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のポ
   ンプ集合体。 ７、複数のフローカプラーが円形アレイを形成するよう
   に配列され、複数の磁気コイルが第１円形バスに沿って
   主要磁界を発生させることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項に記載のポンプ集合体。 ８、補助発生手段が第２円形バスに沿って補助磁界を発
   生させることを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載
   のポンプ集合体。 ９、複数の補助発電ダクトを設け、それぞれを磁気コイ
   ルのそれぞれに連携させたことを特徴とする特許請求の
   範囲第８項に記載のポンプ集合体。 １０、複数の磁気コイルを第１円形アレイを形成するよ
   うに配列し、複数の補助発電ダクトを、第１円形アレイ
   を囲む第２円形アレイを形成するように配列したことを
   特徴とする特許請求の範囲第９項に記載のポンプ集合体
   。 １１、補助発生手段がフローカプラーの第１円形アレイ
   を囲む第３円形アレイを形成するように配置されて、複
   数の補助発電ダクトのそれぞれを通過するように補助磁
   界を円形に発生させる複数の磁石セクションを含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載のポンプ集
   合体。 １２、磁気コイルが入力端子及び出力端子を有するター
   ンと、入出力端子を両端子間の閉回路中の補助発電ダク
   トに結合することによって磁気コイルに第２電流を供給
   するためのバス構造とを含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第６項に記載のポンプ集合体。 １３、主要発生手段がそれぞれの端部に入力端子及び出
   力端子を有する単一ターンから成る磁気コイルを含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のポンプ集
   合体。 １４、入力端子が単一の入力セグメントを含み、出力端
   子が入力セグメントの両側に配置された第１及び第２出
   力セグメントを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １３項に記載のポンプ集合体。 １５、補助発電ダクトが互いに対向する第１及び第２側
   と、互いに対向する第３及び第４側を含むことと、ポン
   プ集合体が第１側から入力セグメントに第２電流を供給
   するための入力導体と、第１出力セグメントを第２側に
   結合する第１脚及び第２出力セグメントを第２側に結合
   する第２脚を有するリターン導体とから成るバス構造を
   も含むことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載
   のポンプ集合体。 １６、第３及び第４側をリターン導体の第１及び第２脚
   から絶縁する手段をも含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第１５項に記載のポンプ集合体。 １７、加熱される第１導電流体から、圧送される第２導
   電流体に熱エネルギーを伝達し、圧送される第２導電流
   体から第１導電流体に内部エネルギーを伝達する熱交換
   器／ポンプ集合体であって、 （ａ）第２流体の流れを受ける空洞を画定する手段、及
   びそれぞれが第１流体の第１流を受けて空洞内の第２流
   体を加熱するように空洞内に配置された複数の管から成
   る熱交換器と； （ｂ）熱交換器の下方に配置され、それぞれが第１流体
   を受けるポンプダクト及び第２流体を受ける主要発電ダ
   クトから成る、第１円形アレイを形成するように配列さ
   れた複数のフローカプラーで構成されたポンプ集合体と
   ； （ｃ）第２円形アレイを形成するように配列された複数
   の補助発電機と； （ｄ）ポンプ集合体の下方に配置されて第２流体を受け
   、主要発電機のそれぞれと連通すると共に補助発電ダク
   トのそれぞれとも連通して第２流体の第１流を主要発電
   ダクトに、第２流体の第２流を補助発電ダクトにそれぞ
   れ導入して平行に上昇させる第１プレナム・チェンバと
   ； （ｅ）熱交換器とポンプ集合体の中間に配置され、主要
   発電ダクト及び補助発電ダクトのそれぞれと連通し、こ
   れらのダクトから放出される第２流体の第１及び第２流
   を回収し、空洞と連通して回収された第２流体を空洞に
   送る第２プレナム・チェンバと； （ｆ）それぞれが隣接するフローカプラー間に配置され
   てポンプダクト及び主要発電ダクトのそれぞれを通過す
   る円形の主要磁界を発生させ、主要磁界及び第２流体の
   第１流の相互作用下にフローカプラーのそれぞれのポン
   プダクト及び主要発電ダクトを流れる第１電流が発生し
   、フローカプラーのそれぞれのポンプダクトを通って、
   第１流体が圧送されるようにする、第２円形アレイを形
   成するように配列された複数の励磁可能な磁気コイルと
   ； （ｇ）補助発電ダクトのそれぞれを通過する円形の補助
   磁界を発生させ、補助磁界及び圧送される第２流体の第
   ２流の相互作用下に、補助発電ダクトのそれぞれに、対
   応の磁気コイルのそれぞれに供給してこれを励磁するた
   めの第２電流を発生させる補助手段とから成ることを特
   徴とする熱交換器／ポンプ集合体。 １８、磁気コイルのそれぞれがそれぞれの端部に配置さ
   れた入力端子及び出力端子を有する単一ターンから成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載の熱交
   換器／ポンプ集合体。 １９、出力端子が入力端子の両側に配置された第１及び
   第２出力セグメントを含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第１８項に記載の熱交換器／ポンプ集合体。 ２０、補助発電ダクトが対向する第１及び第２側と、対
   向する第３及び第４側を含むことと、熱交換器／ポンプ
   集合体が第１側から入力セグメントに第２電流を供給す
   るための入力導体と、第１出力セグメントを第２側に結
   合する第１脚及び第２出力セグメントを第２側に結合す
   る第２脚を有するリターン導体とから成るバス構造をも
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載の
   熱交換器／ポンプ集合体。 ２１、第３及び第４側をリターン導体の第１及び第２脚
   から絶縁する手段をも含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第２０項に記載の熱交換器／ポンプ集合体。