DE1133631B

DE1133631B - Electrodynamic pump

Info

Publication number: DE1133631B
Application number: DESCH22615A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat H C Ernst Sc Dr-Ing
Original assignee: H C ERNST SCHMIDT DR ING DR RE
Current assignee: H C ERNST SCHMIDT DR ING DR RE
Priority date: 1957-08-12
Filing date: 1957-08-12
Publication date: 1962-07-19

Description

Elektrodynamische Pumpe Die Erfindung betrifft eine elektrodynamische Pumpe zur Förderung elektrisch leitender Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung flüssiger Metalle, bei der die Flüssigkeit mit Hilfe eines ihren Strömungskanal durchsetzenden konstanten Magnetfeldes und eines den Flüssigkeitsstrom, quer durchfließenden Gleichstromes von hoher Stromstärke und niedriger Spannung in Bewegung gesetzt wird. Dabei sind aber erhebliche Gleichstromstärken von der Größenordnung 1000Ampere bei kleinen Spannungen erforderlich, zu deren Erzeugung man im allgemeinen Unipolarmaschinen besonderer Bauart benutzt. Es ist auch möglich, mit Wechselstrom oder Drehstrom. zu arbeiten, der sich in Transformatoren leicht in -hohen Stromstärken bei geringen Spannungen erzeugen läßt. Das Magnetfeld muß in diesem Fall ein Wechselfeld oder Drehfeld entsprechender Frequenz sein.Electrodynamic Pump The invention relates to an electrodynamic pump Pump for conveying electrically conductive liquids, in particular for conveying liquid metals, in which the liquid uses one of their flow channels A constant magnetic field permeating through it and one that flows transversely through the liquid flow Direct current of high amperage and low voltage is set in motion. However, there are considerable DC currents of the order of magnitude of 1000 amperes Small voltages are required, for the generation of which one generally uses unipolar machines special design used. It is also possible with alternating current or three-phase current. to work in transformers easily in -high currents at low Can generate tension. In this case, the magnetic field must be an alternating field or Be rotating field of corresponding frequency.

Sofern flüssige Metalle, die zur Kühlung und zum Wärmetransport bei Atomreaktoren dienen, durch solche elektrodynamischen Pumpen gefördert werden, dürfen sie im Betrieb nicht zugänglich sein, weil zumindest das von ihnen geförderte Metall, aber auch sie selbst, durch die im Reaktor ablaufenden nuklearen Prozesse radioaktiv wer-den. Deshalb müssen an solche Einrichtungen und an die zugehörigen Hilfsmaschinen besonders hohe Anforderungen bezüglich der Betriebssicherheit gestellt werden. Dazu kommen weitere Erschwernisse, wenn z. B. mit Metallen, wie Natrium oder Kalium in flüssigem Zustand gearbeitet wird.Provided that liquid metals are used for cooling and heat transfer Nuclear reactors are used and are allowed to be promoted by such electrodynamic pumps they are not accessible in the company because at least the metal they are extracting, but also they themselves, radioactive due to the nuclear processes taking place in the reactor will. That is why such facilities and the associated auxiliary machines must be used particularly high demands are made in terms of operational safety. In addition come further difficulties if z. B. with metals such as sodium or potassium in liquid state is worked.

Man hat bereits hohe Stromstärken bei niedriger Spannung auf ausschließlich thermoelektrischem Weg erzeugt. In einem Fall werden Drähte, oder Stäbe aus thermoelektrisch verschiedenem Leitermatexial, z. B. aus Kupfer und Konstantan, einer Kupfer-Nickel-Legierung, an ihren Enden durch Zusammenlöten elektrisch gut leitend verbunden. Hält man die Verbindungsstellen auf verschiedenen Temperaturen, so fließt in dem elektrischen Kreis ein Strom, wobei sich Wärme unter der Wirkung des Temperaturanterschiedes in elektrische, Energie verwandelt. Bei der geringen Größe der thermoelektrischen Spannung ist es aber schwierig, auf diese Weise große Ströme an vorgegebenen Stellen zu erzeugen, da der Widerstand der Zuleitungen die Stromstärke erheblich vermindert.One already has high currents at low voltage only generated thermoelectric path. In one case, wires, or rods, are made from thermoelectric different conductor material, e.g. B. made of copper and constantan, a copper-nickel alloy, connected at their ends with good electrical conductivity by soldering together. If you hold the Junctions at different temperatures, so flows in the electrical Circle a current, whereby heat dissipates under the effect of the temperature difference transformed into electrical energy. Given the small size of the thermoelectric However, it is difficult for voltage to generate large currents at given points in this way to generate, since the resistance of the leads significantly reduces the current intensity.

In einem anderen Fall, wo auf elektrothermischem Weg in, einer Kühlkammer Kälte erzeugt werden soll, indem von einer Anzahl von Thermoelementen, die je aus einem Wismutschenkel und einem Antimonschenkel bestehen, jeweils die Lötstellen geringerer Temperatur sich in der Kühlkammer befinden, während die Enden höherer Temperatur jedes der sich durch die Kühlkammerwand erstreckenden Thermoelemente naturgemäß außerhalb der Kühlkammer liegen, wird der zur Erzeugung des Temperaturgefälles in den Thermoelementen erforderliche Strom niedrigerer Spannung und hoher Stromstärke wiederum auf thermoelektrischem Weg erzeugt. Dazu werden an den außerhalb der Kühlkammer liegenden Enden der Schenkel der der Kälteerzeugung dienenden ersten Thermoelemente der Strornerzeugungdienendezweite Thermoelemente, die wiederum aus Wismut- und Antimonschenkeln bestehen, so angeschlossen, daß der Wismutschenkel jedes der ersten Elemente mit einem Antimonschenkel des zweiten Elernentes verbunden ist und umgekehrt. Die anderen abgelegenen Enden der Schenkel der zweiten Thermoelernente sind wiederum jeweils mit einer Lötstelle verbunden. Diese Lötstel,len werden erhitzt, während die an, der Außenwand der Kühlkammer liegenden Verbindungsstellen der Schenkel der ersten und zweiten Thermoelemente mit Hilfe eines Luftstromes oder von Kühlwasser abgekühlt werden. Somit wird durch das Temperaturgefälle an den zweiten Thermoelementen der Strom an den Verbindungsstellen der zweiten mit den ersten Thermoelementen gewonnen, durch den dann das Temperaturgefälle zu den in der Kühlkammer liegenden Lötstellen der ersten Thermoele-mente fiervorgerufen wird.In another case, where cold is to be generated electrothermally in a cooling chamber by using a number of thermocouples, each consisting of a bismuth limb and an antimony limb, in each case the soldering points of lower temperature are in the cooling chamber, while the ends are higher If the temperature of each of the thermocouples extending through the cooling chamber wall are naturally outside the cooling chamber, the current of lower voltage and high current strength required to generate the temperature gradient in the thermocouples is again generated thermoelectrically. For this purpose, the second thermocouples, which in turn consist of bismuth and antimony limbs, are connected to the ends of the limbs of the first thermocouples used for cold generation, which are used for generating electricity, in such a way that the bismuth limb of each of the first elements is connected to an antimony limb of the second element and vice versa . The other remote ends of the legs of the second thermal element are in turn each connected to a solder joint. These solder joints are heated while the connection points of the legs of the first and second thermocouples on the outer wall of the cooling chamber are cooled with the aid of an air stream or cooling water. Thus, the temperature gradient at the second thermocouples generates the current at the connection points between the second and the first thermocouple, which then causes the temperature gradient to the soldered joints of the first thermocouples in the cooling chamber.

Zur Vermeidung eineshohen Widerstandes an den Verhindungsstellen der einzelnen Schenkel miteinander sind dies-- dort nicht zusammengelötet, bilden also keine richtigen » Lötstellen «, sondern sind aus Metallpulver durch Pressen und Sintern hergestellt und dadurch miteinander verbunden.In order to avoid high resistance at the points where the individual legs are jammed together, these are not soldered together there, i.e. they do not form real “ solder points ”, but are made from metal powder by pressing and sintering and are thus connected to one another.

Ziel der Erfindung ist es, bei einer elektrodynamisehen Pumpe der eingangs erläuterten Art den erforderlichen Gleichstrom in zweckmäßiger und einfacher Weise auf thermoelektrischem Weg zu erzeugen. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dieser Gleichstrom durch ein Thermoelement erzeugt wird, das so an den Strömungskanal angesetzt ist, daß die vom magnetischen Fluß quer durchsetzte Flüssigkeit die eine leitende elektrische Verbindung zwischen den beiden versohiedenen Metallen des Thermoelementes bildet.The aim of the invention is in an electrodynamic pump of the The type explained at the beginning, the required direct current in an expedient and simple manner Way to generate in a thermoelectric way. For this purpose, it is proposed according to the invention, that this direct current is generated by a thermocouple attached to the flow channel is set that the transversely penetrated by the magnetic flux liquid the one conductive electrical connection between the two different metals of the thermocouple forms.

Das flüssige Metall bildet dann nicht nur eineneinfachen Kurzschluß, sondern bietet dem Strom auch eine gewisse Weglänge und -breite, längs welcher das magnetische Feld einwirken kann. Zur thermoelektrisehen Erzeugung des Gleichstromes wird erfindungsgemäß die Wärme der zu fördernden Flüssigkeit benutzt. Diese Wärme ist bei Kernreaktoren ohne weiteres verfügbar, da dem flüssigen Metall ohnehin die Aufgabe zukommt, im Reaktor bei hoher Temperatur Wärme aufzunehmen und daraus abzuführen. Nach Erzeugung von Energie in -einer nachgeschalteten Wärmekraftanlage fließt ein Tell dieser Wärme mit niederer Temperatur wieder ab. Es steht also hier eine erhebliche Temperaturdifferenz zur Verfügung, die man zur Erzeugung von thermoelektrischern, Strom verwenden kann.The liquid metal then not only forms a simple short circuit, but also offers the current a certain path length and width along which the magnetic field can act. According to the invention, the heat of the liquid to be conveyed is used to generate the direct current thermoelectrically. This heat is readily available in nuclear reactors, since the liquid metal has the task of absorbing heat in the reactor at a high temperature and removing it therefrom. After generating energy in a downstream thermal power plant, part of this heat flows off again at a lower temperature. So there is a considerable temperature difference available here that can be used to generate thermoelectric power.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung.The preferred embodiment of the invention is shown in the drawing.

Dabei ist das stark ausgezogene Rechteck a der Strömungskanal in Gestalt eines dünnwandigen Rohres, möglichst aus elektrisch nicht alilzugut leitendem Metall, durch den das flüssige Metall senkrecht zur Zeichenebene gefördert werden soll.The strongly drawn out rectangle a is the shape of the flow channel a thin-walled tube, if possible made of electrically non-conductive metal, through which the liquid metal is to be conveyed perpendicular to the plane of the drawing.

An den Kanal schließt sich, elektrischgut leitend mit ihm verbunden, das eine Metall b des Therinoelementes, z. B. Konstantan, links über die Lötverbindung c an, während das andere Metall d, z. B. Kupfer, rechts mit Hilfe der Lötverbindung e angeschlossen ist. Bei f bilden die beiden Metalle die andere, Löt-oder Verbindungsstelle.Connected to the channel, electrically well connected to it, is a metal b of the Therino element, e.g. B. constantan, left over the solder joint c, while the other metal d, z. B. copper, is connected to the right with the help of the solder joint e. At f , the two metals form the other, solder or connection point.

Hält man die Lötstellef durch Zu- oder Abfuhr von Wärme auf anderer Temperatur als, das flüssige Metall bzw. die Lötstellec, so fließt durch den von den Metallpaaren Kupfer und Konstantan und dem flüssigen Metall in dem rechteckigen Kanal gebildeten Stromkreis ein elektrischer Strom, wie das die waagrecht gezeichneten Pfefle im flüssigen Metall andeuten. Läßt man nun durch das flüssige Metall von oben nach unten ein Magnetfeld hindurchtreten, wie das die mit Pfeilen versehenen gestrichelten senkrechten Linien der Abbildung angeben, so wird senkrecht zur Zeichenebene eine Kraft auf das Metall ausgeübt, die es in Bewegung setzt. Statt des beispielsweise genannten Metallpaares Kupfer und Konstantan können natürlich auch andere Metalle, die eine ausreichende Thermokraft besitzen, verwendet werden. Das magnetische Feld kann entweder durch einen Elektromagneten oder auch mit Hilfe der hochwertigen Permanentmagnetstähle mit hoher Remanenz erzeugt werden.If the soldering point is held by supplying or removing heat on another Temperature as, the liquid metal or the soldering pointc, so flows through the of the metal pairs copper and constantan and the liquid metal in the rectangular one Channel formed an electric current, like the one drawn horizontally Indicate care in the liquid metal. If you let go through the liquid metal a magnetic field to pass through, like the one marked with arrows If the dashed vertical lines indicate the figure, it is perpendicular to the plane of the drawing a force exerted on the metal that sets it in motion. Instead of, for example The mentioned metal pair copper and constantan can of course also contain other metals, which have sufficient thermal power can be used. The magnetic field can be done either with an electromagnet or with the help of high quality permanent magnet steels can be generated with high remanence.

In dem Beispiel der Abbildung liegt das Kupfer d des Thermoelementes unmittelbar über dem Konstantan b und dem Kanal a, durch einen. dünnen Luftspalt oder eine nichtleitende Schicht davon isoliert. Auf diese Weise erreicht man einen Stromkreis möglichst kleinen Widerstandes, aber -das Magnetfeld muß auch den Kupferleiter durchsetzen, was eine größere magnetische Feldstärke erfordert. Will man mit geringer Feldstärke auskommen, so kann man die Kupferrückleitung auch seitlich an den Polschuhen, vorbeiführen oder sie in mehrere parallele Leitungen aufgeteilt in Schlitze der Polschuhe legen.In the example in the figure, the copper d of the thermocouple is directly above the constantan b and the channel a, through a. thin air gap or a non-conductive layer of it. In this way one achieves a circuit with the lowest possible resistance, but the magnetic field must also penetrate the copper conductor, which requires a greater magnetic field strength. If you want to get by with a low field strength, you can also lead the copper return line to the side of the pole pieces or lay it in several parallel lines in slots in the pole pieces.

Bei der beschriebenen Einrichtung fließt ein Teil des notwendigen elektrischen Stromes nicht -durch das flüssige Metall, sondern durch die Seitenwände des Kanals a, und bleibt dadurch für die Förderung unwirksam. Man kann diesen Verlust dadurch venneiden, daß man diese Seitenwände. aus elektrisch nicht leitendem Material herstellt. Auf diese Weise kann man auch das flüssige Metall unmittelbar, d. h. ohne eine dazwischenliegende, Metallfläche, des Strömungskanals mit den beiden, Metallen des Thermoelernentes in Kontakt bringen.In the device described, part of the necessary electrical current does not flow through the liquid metal, but rather through the side walls of the channel a, and thus remains ineffective for the conveyance. One can avoid this loss by having these side walls. made of electrically non-conductive material. In this way, the liquid metal can also be reached directly, i.e. H. Bring the flow channel into contact with the two metals of the thermal element without an intermediate metal surface.

In der Regel wird bei der Anwendung dieser Erfindung auf Kernreaktoren das flüssige Metall warm sein, so daß die andere Lötstelle des Thermoelementes kalt sein muß und dazu zweckmäßig mit einer Kühlvorrichtung versehen wird. Dieselbe Wirkung kann aber natürlich auch bei Vertauschung der beiden Lötstellen erreicht werden, wobei dann das Metall kalt ist, und die andere Lötsteile durch Zufuhr von Wärme auf höherer Temperatur gehalten wird.Typically when this invention is applied to nuclear reactors the liquid metal will be warm, so that the other solder joint of the thermocouple will be cold must be and is appropriately provided with a cooling device for this purpose. Same effect but can of course also be achieved by swapping the two soldering points, in which case the metal is cold, and the other parts of the soldering by supplying heat is kept at a higher temperature.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrodynamic pump for conveying electrically conductive liquids, in particular for conveying liquid metals, in which the liquid is set in motion with the aid of a constant magnetic field penetrating its flow channel and a direct current of high amperage and low voltage flowing transversely through the liquid flow, characterized in this that this direct current is generated by a thermocouple which is attached to the flow channel in such a way that the liquid traversed by the magnetic flux forms the conductive electrical connection between the two different metals of the thennoelement.

2. Electrodynamic pump according spoke 1, characterized in that the heat of the liquid to be conveyed is used for the thermoelectric generation of the direct current. 3. Electrodynamic pump according to claims 1 and 2, characterized in that the two metals of the thermocouple are connected directly to opposite walls of the flow channel, which is usually made of metal, for the liquid metal. 4. Electrodynamic pump according to claims 1 to 3, characterized in that the two parallel walls of the flow channel running in the direction of the electrical current flow are made of electrically non-conductive substances, e.g. B. plastics exist. 5. Electrodynamic pump according to claims 1 to 4, characterized in that the magnetic field is generated by a permanent magnet. 6. Electrodynamic pump according to claims 1 to 5, characterized in that the one conductor of the thermocouple is divided into several parallel lines which lie in slots in the pole pieces of the magnet. Considered publications: German Patent Specifications No. 281727, 829 171; British Patent Nos. 745 460, 745 807; "The Engineer" magazine, issue of October 19, 1956, p.541.