(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁流体が流れる配管では、特に分岐配管等で流量が偏る場合があるが、流量を制御できるように機械的な加工を行うにはコスト、設置性の面で難がある。【解決手段】配管内部を流れる電磁流体１０２の流量制御装置１０１であって、配管外周部に設けられた電磁石１と、電磁石の電流または電圧を制御する制御手段２と、を備え、電磁石は、電磁石が発生する磁場によって、電磁流体に対して電磁流体の流れ方向と逆向きの電磁力を与えるよう設けた。【選択図】図１
2014191457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内部を流れる電磁流体の流量制御装置であって、
前記配管外周部に設けられた電磁石と、
前記電磁石の電流または電圧を制御する制御手段と、を備え、
前記電磁石は、前記電磁石が発生する磁場によって、前記電磁流体に対して前記電磁流
体の流れ方向と逆向きの電磁力を与えるよう設けられた流量制御装置。
【請求項２】
前記配管内部を流れる前記電磁流体のパラメータを計測する計測手段と、をさらに備え
、
前記制御手段は、前記計測手段の計測結果に基づいて前記電磁石の電流または電圧を制
御する請求項１記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記パラメータは前記配管内の前記電磁流体の流量を含み、
前記計測手段として、配管外周部に設けられた電極と、
を備える請求項２記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記パラメータは前記配管内の前記電磁流体の温度を含み、
前記計測手段として、前記配管または前記電磁流体の温度を計測する温度センサと、
を備える請求項２または請求項３記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記パラメータは前記配管内の前記電磁流体の圧力を含み、
前記計測手段として、前記配管内の前記電磁流体の圧力を計測する圧力センサと、
を備える請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の流量制御装置。
【請求項６】
前記配管は複数の分岐配管を有し、
前記電磁石は少なくとも２つの前記分岐配管の各々に設けられ、
前記制御手段は、前記分岐配管の各々に設けられた電磁石の各々と接続され、前記計測
手段の計測結果に基づいて、前記電磁石の各々の電流または電圧を制御する請求項２乃至
請求項５の何れか１項に記載の流量制御装置。
【請求項７】
前記計測手段が、前記分岐配管に分岐する前の前記配管にさらに設けられており、前記
制御手段は、分岐する前の前記配管に設けられた前記計測手段と、前記分岐配管に設けら
れた前記計測手段との各々の計測結果に基づいて前記電磁石の各々の電流または電圧を制
御する請求項６記載の流量制御装置。
【請求項８】
高温流体としての電磁流体を複数の伝熱管に分岐させて流入させ、前記伝熱管外側の低
温流体と前記電磁流体とを熱交換させる熱交換器であって、
前記伝熱管の入口近傍に外周部に設けられた電磁石と、
前記伝熱管の高温流体の出口近傍の外周に設けられ、前記伝熱管内部を流れる前記電磁
流体のパラメータを計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記電磁石の電流または電圧を制御する制御手段と
、を備える熱交換器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁流体が流れる配管の流量を制御する流量制御装置、およびそれを用いた
熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属冷却炉等では、液体金属が流れる配管系が存在する。このような配管系の例と
して、高温側の流体から低温側の流体に熱を受け渡す熱交換器では、主配管から複数の配
管に分岐し、各配管に高温の流体が分配され、低温側の流体と熱交換を行う。この熱交換
器にて液体金属（電磁流体）が高温側の作動流体として扱われる場合には、液体金属が凝
固する温度以下にならないよう注意する必要がある。
【０００３】
特に、分岐配管では各管の流量が少なくなるので、その分岐管を流れる液体金属の温度
は相対的に下がりやすい。このため、分岐管を流れる流体を制御し、均一な流量が流れる
ようにすることが必要となる。
【０００４】
また、液体金属が凝固温度まで低下しない範囲であっても、熱交換効率の観点から流量
の偏りが好ましくない場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２７３７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換器等の主配管から複数の配管に分岐する構造の場合、各配管均一に流れる状態が
理想的であるが、形状や製造の精度といった要因により、完全に均一な流量にはならない
。均一な流量を達成するための方法として、配管部にバルブもしくはオリフィスを入れる
方法があるが、バルブの場合全体の圧損が大きくなってしまうという点、オリフィスの場
合は微調整ができないという点が課題となる上、両方式共、配管に加工が必要になるため
、設置、加工コストが増大するという課題もある。
【０００７】
そこで、本発明は配管の外周部に簡易に設置でき、流量を制御することが可能な電磁場
を用いた流量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の実施形態による流量制御装置は、配管内部を流れる
電磁流体の流量制御装置であって、前記配管外周部に設けられた電磁石と、前記電磁石の
電流または電圧を制御する制御手段と、を備え、前記電磁石は、前記電磁石が発生する磁
場によって、前記電磁流体に対して前記電磁流体の流れ方向と逆向きの電磁力を与えるよ
う設けられている。
【０００９】
また、本発明の実施形態による熱交換器は、高温流体としての電磁流体を複数の伝熱管
に分岐させて流入させ、前記伝熱管外側の低温流体と前記電磁流体とを熱交換させる熱交
換器であって、前記伝熱管の入口近傍に外周部に設けられた電磁石と、前記伝熱管の高温
流体の出口近傍の外周に設けられ、前記伝熱管内部を流れる前記電磁流体のパラメータを
計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記電磁石の電流または電圧を
制御する制御手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による流量制御装置の概要図。
【図２】第２実施形態による流量制御装置の概要図。
【図３】第２実施形態の変形例による流量制御装置の概要図。
【図４】第３実施形態による流量制御装置の概要図。
【図５】（ａ）第４実施形態による熱交換器の概要を示す縦断面図、（ｂ）熱交換器の概要を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による流量制御装置１０１の概要図である。
【００１３】
配管１００には、電磁流体１０２としての液体金属（各実施形態ではナトリウムとする
）が流れている。配管１００の外周には、電磁石１（コイル）が設けられている。電磁石
１は、配管１００を挟むように２つ設置される。この電磁石１は制御装置２に接続され、
供給される電流・電圧を電磁石１に制御される。
【００１４】
電磁石１で発生する磁場中を電磁流体１０２が通過する際に、電磁流体中に誘導電流が
流れる。誘導電流と電磁石で発生する磁場により、図１に示すように、流動と逆向きの方
向に電磁力が起きる。制御装置２によって電磁石１へ供給される電圧もしくは電流を変化
させ電磁力を調整することで、電磁流体１０２の流量を制御することができる。
【００１５】
制御装置２の操作はオペレータによって行われる。具体的には、配管系統上に設けられ
た流量計測装置や温度計等による計測結果を確認し、オペレータが必要に応じて制御装置
を操作することで行う。
【００１６】
本実施形態によれば、電磁流体が流れる配管に電磁石を設置し、電磁石に供給される電
流もしくは電圧を制御することで、電磁流体の流量を制御することが可能となる。したが
って、配管系の構造的な改造を行うことなく、簡便に流量制御機能を付加することができ
る。
【００１７】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態による流量制御装置１０１ａの概要図である。なお、第
１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
本実施形態では配管１００の外周に、電磁流体１０２のパラメータを計測する計測手段
として、配管１００を挟むように電極３が取り付けられており、制御装置２に接続されて
いる。制御装置２は、電極３の出力結果に応じて、自動で電磁石１へ供給される電流、電
圧を制御する。
【００１９】
電磁石１で発生する磁場中を電磁流体１０２が通過する際に、電磁流体中に誘導電流が
流れる。誘導電流発生時の電位は電極３によって測定され、制御装置２が有する演算部に
よって測定電位を流量に換算する。さらに、制御装置２が流量計算結果に基づいて、電離
流体１０２の流量が所定の範囲に収まるように電磁力を用いて流動を制御する。なお、電
位が所定範囲に収まるような制御をするのであれば、電位を流量に変換する必要は無い。
【００２０】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、制御装置２が自動で電磁流
体１０２の流量制御を行うことができるようになるため、オペレーションの負荷が低減し
、流量変化に対する応答性を高めることが可能である。
【００２１】
本実施形態の変形例について、図３を用いて説明する。本変形例では、本実施形態の構
成に加えて、制御装置２に接続された圧力計４を配管１００外周に設ける。
【００２２】
また、配管１００が伝熱管である場合等、電磁流量がその温度に大きく影響する場合は
、圧力計４に代えて温度計５を設けてもよい。
【００２３】
圧力計４、温度計５いずれの場合もこれらの測定結果、または測定結果をもとに算出し
た流量が所定範囲に収まるように制御を行う。
【００２４】
なお、電極３、圧力計４、温度計５は併設しても、任意に選択された何れかを設けても
よい。
【００２５】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態による流量制御装置１０１ｂの概要図である。なお、第
１実施形態、第２実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
本実施形態では、配管１００が主配管１００ａと、主配管１００ａから複数の分岐配管
１００ｃに分岐された分岐配管部１００ｂとを有する。この分岐配管１００ｃのそれぞれ
に、制御装置２と接続された電磁石１、電極３、圧力計４、温度計５を備える。なお、電
磁石１等は第１実施形態、第２実施形態よりも簡略的に図示しているが、同一の構成であ
る。
【００２７】
本実施形態では、各分岐配管１００ｃに電磁流体のパラメータの計測手段が設けられて
おり、制御装置２が各分岐配管１００ｃに設けられた電磁石１を制御する。
【００２８】
以下、本実施形態の作用効果について説明する。ある分岐配管１００ｃの流量が低下す
ると、系統全体の流量が変わらなければ、他の分岐配管１００ｃの流量は増加する。した
がって、特定の分岐配管１００ｃに設けられた電磁石１の制御のみでは流量を所定範囲内
に制御できない場合に、他の分岐配管１００ｃに設けられた電磁石１を制御することで、
当該特定の分岐配管１００ｃの流量を間接的に制御することができる。
【００２９】
また、電磁流体１０２が、ポンプ等の強制的に駆動させる装置を用いず自然対流等のみ
で駆動される場合は、電磁石１の制御により、系統全体の流量をある程度制御することが
可能となる。また、第１、第２実施形態と同様の効果を奏することは言うまでも無い。
【００３０】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について、図５を用いて以下説明する。第４実施形態は、ここま
でに説明した流量制御装置１０１，１０１ａ，１０１ｂを熱交換器に適用した例であり、
図５（ａ）は熱交換器１０３の概要を示す縦断面図、（ｂ）は熱交換器１０３の上面図で
ある。なお、図５（ｂ）では配管系以外の構成は省略して図示している。
【００３１】
熱交換器１０３は、電磁流体１０２が供給される供給配管１１と、供給配管１１に接続
された供給配管側ヘッダ１２と、供給配管側ヘッダ１２から流入した電磁流体１０２が内
部を通過し、その外側の流体（本実施形態では空気とする）と内側の電磁流体１０２が熱
交換を行う伝熱管１３と、複数の伝熱管１３が接続されて電磁流体１０２が合流される排
出配管側ヘッダ１４と、排出配管側ヘッダ１４に接続され、電磁流体１０２を熱交換器１
０３の外部へ導く排出配管１５と、を備える。
【００３２】
供給配管側ヘッダ１２は、図５（ｂ）にも示すように、供給配管１１から流入した電磁
流体１１が、水平方向に複数並べて接続された伝熱管１３に分岐して流入するように構成
されている。図５（ｂ）では供給配管側ヘッダ１２を示しているが、排出配管側ヘッド１
４も同様に伝熱管１３に接続された構成で、こちらでは伝熱管１３から流入した電磁流体
１０２を合流し、排出配管１５へ導くように構成されている。
【００３３】
伝熱管１３は水平方向に対して傾斜して設けられ、複数回折り返しながら下降していく
形状となっている。この伝熱管１３の端部近傍及び折り返し部は断熱材２１ａ、２１ｂに
よって囲まれている。また、供給配管側ヘッダ１２、排出配管側ヘッダ１４も断熱材２１
ａに囲まれている。
【００３４】
伝熱管１３のうち断熱材２１ａ、２１ｂに囲まれていない部分は、空気２３が流れるよ
うに露出しており、電磁流体１０２と空気２３の熱交換が行われる。本実施形態では電磁
流体１０２が高温流体、空気２３が低温流体であり、空気２３によって電磁流体１０２が
冷却される。なお、この熱交換領域においては伝熱管１０２表面にフィン等が設けられて
熱交換が促進される。
【００３５】
このように、熱交換器１０３では、伝熱管１３が下方に傾斜し、また折り返し部と端部
が断熱材２１ａ，２１ｂで囲まれていることで、電磁流体１０２が空気２３によって冷却
されることで駆動力が生じて円滑に流れるようになっている。
【００３６】
さらに、本実施形態では、電磁石１を断熱材２１ａで囲まれた領域内の、伝熱管１３の
電磁流体１０２入口側近傍に、計測手段としての温度計５を、伝熱管１３の電磁流体１０
２出口側近傍に取り付けている。
【００３７】
電磁流体１０２が最も低温になるのは空気との熱交換が行われた後となる出口側である
ので、出口側に温度計５を設けることで精度よく流量を検出することができる。
【００３８】
そして、伝熱管１３の入口側に設けた電磁石１で電磁力をかけることで、応答性良く電
磁流体１０２の流量を制御することができる。
【００３９】
さらに、電磁石１と温度計５が何れも断熱材２１ａで囲まれた領域内、つまり同じ空間
に設置しているので、メンテナンスを効率よく行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では温度計５を用いるものとして説明したが、当然圧力計４、温度計
５を用いてもよい。ただし、電磁流体１０２を用いる場合は、温度の低下によって凝固す
る可能性があるという観点から、温度計５を用いるのが好ましいと考えられる。
【００４１】
また、第１実施形態〜第３実施形態と同様の効果を奏することは言うまでも無い。
【００４２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示
したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は
、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の
範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含
まれる。
【００４３】
例えば、温度計５は、超音波の伝達時間から音速を算出する超音波式、あるいは配管１
００の熱膨張から計測するひずみゲージ式等を用いることができる。
【００４４】
また、第３実施形態および第４実施形態では、全ての分岐配管１００ｃまたは伝熱管１
３に計測手段が設けられる必要はなく、形状等によって特に流量が異なるもののみに取り
付ける等してもよい。また、分岐配管１００ｃまたは伝熱管１３について、電磁石１のみ
取り付けられたもの、電磁石１と計測手段と両方が設けられたもの、計測手段のみ取り付
けられたもの、を任意に組み合わせてもよい。
【００４５】
さらに、分岐配管１００ｃまたは伝熱管１３に分岐する前または合流されたあとに計測
手段を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１００  配管
１００ａ  主配管
１００ｂ  分岐配管部
１００ｃ  分岐配管
１０１，１０１ａ，１０１ｂ  流量制御装置
１０２  電磁流体
１０３  熱交換器
１  電磁石
２  制御装置
３  電極
４  圧力計
５  温度計
１１  供給配管
１２  供給配管側ヘッダ
１３  伝熱管
１４  排出配管側ヘッダ
１５  排出配管
２１ａ、２２ｂ  断熱材 
【図１】
2014191457.tif 000003
【図２】
2014191457.tif 000004
【図３】
2014191457.tif 000005
【図４】
2014191457.tif 000006
【図５】
2014191457.tif 000007