Pompa elettromagnetica ad autoinduzione e convertitore indiretto ad autoinduzione per fluidi conduttori in particolare metalli liquidi (IT)

Titolo

Pompa elettromagnetica ad autoinduzione e convertitore indiretto ad autoinduzione per fluidi conduttori in particolare metalli liquidi (IT)

Tipologia

Fascicolo

Descrizione

Corrispondenza tra NIRA/Ansaldo S.p.A. e Ufficio Professionale Proprietà Intellettuale Vettor Galletti/Jacobacci Casetta & Perani.

Specifiche del brevetto
Titolare: NIRA S.p.A.
Inventore: Piergiulio Avanzini
Riassunto: Pompa elettromagnetica ad autoinduzione per fluidi conduttori, in particolare metalli liquidi, basata sul fatto che, all’interno di un contenitore percorso da corrente elettrica, si autogenera un campo magnetico chiuso all’interno del conduttore stesso.
Corrente e campo magnetico autoindotto sono ortogonali tra loro in ogni punto del conduttore; questo provoca in tutto il conduttore un campo di forza centrifuga. Se il campo di forza è un metallo liquido, questo è compresso (cioè pompato) dalla zona periferica a quella centrale del condotto tubolare nel quale è alloggiato il metallo liquido.

Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Le pompe elettromagnetiche sono state sviluppate per le applicazioni in campo industriale e, in particolare, per la circolazione del sodio liquido nei circuiti dei reattori nucleari autofertilizzanti. (nota 1)

Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Un primo tipo di pompa elettromagnetica per fluido conduttore è costituito dalle pompe elettromagnetiche a corrente alternata monofase.
Il condotto contenete sodio è posto nel traferro di un circuito magnetico, dove si genera un campo magnetico perpendicolare alla direzione di scorrimento del fluido.
Una corrente è fatta circolare da un lato all’altro del condotto stesso tramite due elettrodi connessi ad un sistema di alimentazione a tensione alternata.
La forza motrice è prodotta dall’interazione tra una corrente alternata, erogata dal secondario di un primo trasformatore e un campo magnetico, generato da secondario di un secondo trasformatore. Gli avvolgimenti primari dei due sistemi sono collegati ad una stessa alimentazione, in modo da sincronizzare la corrente ed il campo magnetico. In questo tipo di pompa deve essere posta un’attenzione particolare nella realizzazione dei supporti della pompa, che devono essere progettati in modo da ridurre le vibrazioni dovute all’utilizzazione di una corrente alternata monofase, il cui uso provoca anche effetti di rumore.
Un secondo tipo di pompa elettromagnetica per fluidi conduttori è costituito dalle pompe elettromagnetiche ad induzione.
Nelle pompe piane ad induzione il condotto per il fluido conduttore è piano a sezione rettangolare e l’alimentazione è in corrente alternata trifase.
Gli avvolgimenti statorici creano, perpendicolarmente al condotto, un campo magnetico sinusoidale scorrevole, che induce delle correnti nel sodio liquido. Le forze elettromagnetiche generate dall’interazione tra il campo magnetico e le correnti indotte provocano il movimento del fluido. Questo tipo di pompe è utilizzato con sodio fino a 600 ⁰C, ma le prestazioni migliorano al diminuire della temperatura.
Un terzo tipo di pompe elettromagnetiche a induzione per fluidi conduttori è costituito dalle pompe a induzione anulari; in questo tipo di pompe il fluido circola nello spazio anulare compreso tra due tubi concentrici, mentre lo statore trifase, disposto attorno al tubo, esterno crea radialmente un campo magnetico scorrevole; questo induce nel sodio liquido delle correnti che si richiudono circolarmente su sé stesse e la forza generata dall’interazione tra corrente e campo magnetico tende a muovere il fluido.
L’inconveniente comune alle varie pompe elettromagnetiche sopraccitate, oggetto della tecnica nota, è quello di non poter disporre contemporaneamente di grosse portate e di prevalenze considerevoli; questo ne limita l’uso su circuiti principali e secondari di grossi reattori.

Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: La pompa oggetto della presente invenzione, definita ad “autoinduzione” non necessita di elettromagneti, consente rendimenti elevati, anche se alimentata a corrente alternata; inoltre, non solo si presta a estrapolazioni a grandi dimensioni, ma le sue prestazioni migliorano all’aumentare delle dimensioni stesse.

Esposizione dell’idea inventiva: Forma oggetto della presente invenzione una pompa elettromagnetica ad autoinduzione per fluidi conduttori.
Nel corpo di pompa anulare, in prossimità delle zone a pressione minore, sono previsti dei condotti di alimentazione e, in prossimità delle zone a pressione maggiore, è previsto almeno un condotto di mandata.
Le variazioni di pressione all’interno del corpo di pompa anulare sono generate dal campo di forza che è perpendicolare in ogni punto al campo magnetico (H) e alle correnti (I) circolanti nel fluido conduttore, che funziona da avvolgimento secondario; questo provoca in tutto il conduttore un campo di forza centripeta (F).
Se il conduttore è un metallo liquido, quest’ultimo è compresso (pompato) dalle zone periferiche alle zone centrali del condotto tubolare nel quale è alloggiato il metallo liquido.
Nel caso in cui la pompa elettromagnetica a induzione sia applicata ai circuiti primari di reattori integrati, il circuito primario è realizzato da una piscina di metallo liquido, che deve essere fatto circolare.
Il circuito magnetico è immerso nella piscina e gli avvolgimenti primari sono ad essa esterni.
Il metallo liquido che avvolge il circuito magnetico costituisce la spira del circuito secondario del trasformatore.
Nella sezione trasversale media del circuito magnetico si crea un campo di forze, che ha il suo valore massimo nella zona centrale della sezione stessa; prelevando il metallo liquido in questa zona, lo si può inviare in un punto qualsiasi del reattore, ottenendo l’effetto di circolazione voluto.

Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, il metallo liquido e, in generale, un fluido conduttore, è contenuto in un contenitore torico e costituisce la spira secondaria di un trasformatore; il contenitore torico prevede condotti di alimentazione del metallo liquido, che sboccano in prossimità delle pareti laterali del contenitore.
Un condotto di estrazione del metallo liquido è disposto con la sua estremità, in prossimità della zona centrale di una sezione trasversale generale del contenitore torico, dove la pressione indotta dalla forza centripeta è maggiore; conseguentemente, il metallo liquido è aspirato dai condotti di alimentazione e spinto attraverso il condotto di estrazione.

Vantaggi:
1) Non necessita di elettromagneti (pompa ad autoinduzione) e può realizzare rendimenti elevati anche se alimentata in corrente alternata.
2) Si presta per estrapolazioni a grandi dimensioni, anzi, le sue prestazioni migliorano all’aumentare delle dimensioni stesse; per questo motivo, si presta ad applicazioni per le pompe dei circuiti secondari dei reattori veloci di potenza.
3) La semplicità costruttiva è tale che il suo costo, per grandi dimensioni, è sicuramente inferiore al costo delle unità meccaniche corrispondenti, che presentano, in più, problemi di tenuta, affidabilità e complicatezza costruttiva.
4) Si presta anche per applicazioni ai circuiti primari di reattori integrati.
5) Una macchina che si basa sullo stesso principio può essere utilizzata per la conversione diretta di energia termica in energia elettrica.

Nota 1: Un reattore autofertilizzante è un reattore a fissione progettato per produrre più fissili di quanti ne consumi lungo la vita di una carica
I componenti suddetti possono essere installati in qualsiasi circuito in cui evolva un metallo liquido elettricamente conduttore, che sia compatibile con un materiale magnetico, necessario per la realizzazione dei condotti.
Il principio di funzionamento delle pompe elettromagnetiche è basato sull’azione della forza generata da un campo magnetico in un conduttore percorso da corrente elettrica; in queste pompe il conduttore è costituito dal fluido stesso, sul quale si esercita un’azione che tende a farlo muovere perpendicolarmente al piano contenente le linee di flusso magnetico e le linee di corrente.

Data testuale

1978 marzo 30 - 1991 maggio 30

Estremi cronologici

March 30, 1978 – May 30, 1991

Consistenza

cc. 87

Stato di conservazione

Ottimo

Soggetto produttore

Identificativo

BRA.000001

Collocazione

Deposito 420

Note

La domanda di brevetto italiana era stata estesa in Francia, Germania, Paesi Bassi, Regno Unito, Giappone e U.S.A.; in Italia, Francia, Paesi Bassi e Regno Unito era stato concesso il brevetto.

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