FR2678789A1

FR2678789A1 - Hall-effect liquid circulator

Info

Publication number: FR2678789A1
Application number: FR9107218A
Authority: FR
Inventors: Picard Elie Jacques
Original assignee: PICARD ELIE
Current assignee: PICARD ELIE
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1993-01-08
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: FR2678789B1

Abstract

The invention relates to a magneto-electric device, with non-point-like electrodes, causing electrically conducting liquids to circulate in a conduit, in a range of temperatures lying between that of the solidification and that of the evaporation of the liquid. It conists of a parallelepipedal enclosure in which two metal electrodes are inserted into two parallel walls. This enclosure is placed in the gap of an electromagnet producing a magnetic field the direction of which is perpendicular to the walls not containing the electrodes. The invention is aimed essentially at replacing pumps and other machines with rotating parts by an appliance in which all the component parts remain immobile. All liquids which are more or less good electrical conductors are involved; however, the invention is aimed only at the circulation of liquids with ionic conductivity, called electrolytic solutions.

Description

La présente invention entre dans le domaine technique de l'écoulement forcé de liquides et concerne un dispositif statique pour faire circuler des liquides ioniques grâce à des forces motrices, d'origine magnéto-électrique, agissant sur un certain volume de liquide
Il existe déjà un type d'appareil, électromagnétique, à conduction ou à induction, mais il sert exclusivement à faire circuler le sodium liquide utilisé comme fluides calodans certains types d'installations nucléaires.The present invention enters the technical field of the forced flow of liquids and relates to a static device for circulating ionic liquids by means of motive forces, of magnetoelectric origin, acting on a certain volume of liquid
There is already a type of device, electromagnetic, conduction or induction, but it is used exclusively to circulate the liquid sodium used as heat fluids in certain types of nuclear installations.

Habituellement,l'immense majorité des autres appareils servant à assurer la circulation des liquides les plus frequemment en usage dans l'industrie comme dans les activités domestiques sont les pompes classiques. Qu'elles soient radiales ou axiales pour une certaine catégorie ou volumetriques pour une autre catégorie, elles contiennent, toutes, au moins une pièce mobile : roue, cloisonnée ou non, tournant autour d'un axe pour les premières, piston se déplaçant d'un mouvement alternatif dans un cylindre pour les autres
Leurs inconvénients sont bien connus : bruits de fonctionnement causés par le mouvement de déplacement de la pièce mobile et corollairement usure de celle-ci; usure aussi du palier guidant l'axe de rotation pour les pompes radiales ou axiales de même qu'usure du piston et de la tête de bielle faisant mouvoir le piston dans le cylindre pour les pompes volumétriques.Usually, the vast majority of other devices used to circulate the liquids most frequently used in industry and in domestic activities are conventional pumps. Whether radial or axial for a certain category or volumetric for another category, they all contain at least one moving part: wheel, partitioned or not, rotating around an axis for the first, piston moving from reciprocating in a cylinder for others
Their drawbacks are well known: operating noises caused by the movement of displacement of the moving part and consequently wear thereof; wear of the bearing guiding the axis of rotation for radial or axial pumps as well as wear of the piston and of the connecting rod head causing the piston to move in the cylinder for positive displacement pumps.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients pour des liquides qui ont une certaine conductibilité électrolytique car il ne contient aucun élément mobile, donc pas de bruit et pas d'usure . C'est un dispositif intégralement statique
Sa structure : ( figure I
Le dispositif se compose essentiellement d'une enceinte, parallélépipédique ( 1), contenant deux électrodes ( 2 ) et d'un électro-aimant ( 3 ) dans l'entrefer duquel est placée 1 'enceinte. The device according to the invention makes it possible to remedy these drawbacks for liquids which have a certain electrolytic conductivity because it contains no mobile element, therefore no noise and no wear. It is an entirely static device
Its structure: (figure I
The device essentially consists of an enclosure, parallelepiped (1), containing two electrodes (2) and an electromagnet (3) in the air gap of which the enclosure is placed.

L'enceinte est fabriquée dans un matériau isolant électrique. Dans l'entrefer de l'électro-aimant est placée la partie centrale de l'enceinte à l'intérieur de laquelle le liquide ( 4 ) qui s'y trouve subit l'action motrice de forces d'origine magnéto-électrique. Les deux extrémités de cette partie centrale de l'enceinte sont raccordées à la canalisation dans laquelle l'utilisateur veut faire circuler le liquide
Les dimensions de l'enceinte sont déterminées en fonction de la puissance motrice désirée. Toutefois une des dimensions transversales de sa partie centrale par rapport à l'axe de l'écoulement des liquides ne doit pas dépasser un centimètre hors tout ; 1 cm. étant justement la dimension maximum de l'entrefer de l'électro-aimant dans lequel est placée l'enceinte . The enclosure is made of an electrical insulating material. In the air gap of the electromagnet is placed the central part of the enclosure inside which the liquid (4) which is there undergoes the motive action of forces of magnetoelectric origin. The two ends of this central part of the enclosure are connected to the pipe in which the user wants to circulate the liquid
The dimensions of the enclosure are determined according to the desired motive power. However, one of the transverse dimensions of its central part relative to the axis of the flow of liquids must not exceed one centimeter overall; 1 cm. being precisely the maximum dimension of the air gap of the electromagnet in which the enclosure is placed.

Dans deux des parois de l'enceinte (1), celles qui sont perpendiculaires au plan de symétrie de l'entrefer et donc parallèles entre elles, sont insérées deux électrodes (2), planes, metalliques, en matériau non magnétique, dont la longueur est égale à la longueur de l'entrefer et dont la largeur est égale à la largeur de l'entrefer. In two of the walls of the enclosure (1), those which are perpendicular to the plane of symmetry of the air gap and therefore parallel to each other, are inserted two electrodes (2), flat, metallic, of non-magnetic material, the length of which is equal to the length of the air gap and whose width is equal to the width of the air gap.

Ce matériau doit en plus ne pas subir de corrosion par les liquides ni par les produits secondaires pouvant résulter de divers processus électrolytiques et éventuellement apparaître au voisinage des électrodes. Une réalisation préférentielle et économique de ces électrodes consiste à les fabriquer en acier inoxydable ou en cuivre
Sur la face extérieure de chaque électrode est soude un fil métallique la reliant soit directement au secteur dans la variante numéro UN soit à un générateur de courant alternatif de fréquence supérieure à 50 Hz dans la variante numéro DEUX.This material must also not undergo corrosion by liquids or by secondary products which may result from various electrolytic processes and possibly appear in the vicinity of the electrodes. A preferred and economical embodiment of these electrodes consists in manufacturing them from stainless steel or copper
On the outer face of each electrode is welded a metal wire connecting it either directly to the mains in variant number UN or to an alternating current generator of frequency greater than 50 Hz in variant number TWO.

La face interieure de chaque electrode, en contact avec le liquide, est située dans le même plan que celui de la face intérieure de la paroi isolante dans laquelle elle est insérée.The inside face of each electrode, in contact with the liquid, is located in the same plane as that of the inside face of the insulating wall in which it is inserted.

Le dispositif, selon l'invention, utilise le courant alternatif dans le but de réduire le plus possible les processus de réactions électrochimiques entre les électrodes et le liquide que le dispositif fait circuler
La longueur de la partie centrale de l'enceinte est adaptée à la puissance désirée par l'utilisateur. Il est évident que plus cette longueur est grande, plus important est le volume de liquide soumis à l'action des forces d'origine magnéto-électrique.The device according to the invention uses alternating current in order to minimize the electrochemical reaction processes between the electrodes and the liquid that the device circulates
The length of the central part of the enclosure is adapted to the power desired by the user. It is obvious that the greater this length, the greater the volume of liquid subjected to the action of forces of magnetoelectric origin.

Quant à l'entrefer de ltelectro-aimant, sa longueur est, comme celle de la partie centrale de l'enceinte, adaptée à la puissance voulue par l'utilisateur. Son autre dimension, qu'on peut appeler hauteur, dépend aussi de l'autre dimension de la partie centrale de l'enceinte. La largeur de l'entrefer de l'électro-aimant est, au maximum, d'un centimètre afin d'obtenir l'induction magnétique la plus élevée possible pour une alimentation en courant d'excitation du champ magnétique le plus faible possible, compte tenu de la vitesse d'écoulement à assurer. As for the air gap of the electromagnet, its length is, like that of the central part of the enclosure, adapted to the power desired by the user. Its other dimension, which can be called height, also depends on the other dimension of the central part of the enclosure. The width of the air gap of the electromagnet is, at most, one centimeter in order to obtain the highest possible magnetic induction for a supply of excitation current of the smallest possible magnetic field, account given the flow velocity to be ensured.

L'électro-aimant est constitué d'un noyau soit en tôles de Fer au Silicium d'une épaisseur d'environ 0,3 mm., soit en ferrite et d'un bobinage ( 5 ; figure I ), enroulé symétriquement de part et d'autre de l'entrefer et comportant le nombre de tours nécessaire pour créer, convenablement alimenté, dans l'entrefer un champ d'induction magnétique égal ou supérieur à un Tesla. Le fil du bobinage est en Cuivre émaillé de classe
H ou en Aluminium isolé par oxydation anodique pour réduire le poids et le coût du bobinage et aussi pour pouvoir augmenter la densité de courant dans le fil
Dans les deux variantes du dipositif il est possible d'obtenir un réglage du débit volumétrique, quelle que soit la puissance du dispositif, au moyen d'un élément complementaire dénommé dephaseur. Ce déphaseur est constitué essentiellement de condensateurs, de capacité variable.The electromagnet is made up of a core either of silicon iron sheets with a thickness of about 0.3 mm., Or of ferrite and a winding (5; figure I), wound symmetrically from one side and other of the air gap and comprising the number of turns necessary to create, suitably supplied, in the air gap a magnetic induction field equal to or greater than a Tesla. The winding wire is in class enameled copper
H or Aluminum insulated by anodic oxidation to reduce the weight and cost of the winding and also to be able to increase the current density in the wire
In the two variants of the device it is possible to obtain a regulation of the volumetric flow rate, whatever the power of the device, by means of a complementary element called dephaser. This phase shifter consists essentially of capacitors, of variable capacity.

La figure II représente le schéma d'un tel montage avec deux condensateurs ( 7 ) en série avec le bobinage ( 5 ) dont le coefficient d'auto-induction L est represente par ( 9 ) et la résistance propre R par ( 10 ). Ce circuit est branche en parallèle avec les électrodes (2) représentées par leur résistance R'et le liquide (4) de résistance R''. FIG. II represents the diagram of such an assembly with two capacitors (7) in series with the winding (5) whose self-induction coefficient L is represented by (9) and the own resistance R by (10). This circuit is connected in parallel with the electrodes (2) represented by their resistance R 'and the liquid (4) with resistance R' '.

La variation continue de la valeur de la capacité des condensateurs permet un déphasage progressif et continu entre le courant circulant dans la cellule et le courant circulant dans le bobinage. En conséquence une variation continue de la vitesse d'ecoulement du liquide. The continuous variation of the capacitor capacity value allows a progressive and continuous phase shift between the current flowing in the cell and the current flowing in the winding. Consequently a continuous variation of the flow rate of the liquid.

La figure III represente une version différente du montage électrique dans laquelle le bobinage est constitue de 2 enroulements distincts, isoles l'un de l'autre et superposés sur le noyau de ltelectro-aimant; le nombre de spires de chaque enroulement étant différent. L'un d'entre eux, appelé inducteur, est relié directement soit au secteur dans la variante numero UN, soit au générateur dans la variante numéro DEUX. Figure III represents a different version of the electrical assembly in which the winding consists of 2 separate windings, isolated from each other and superimposed on the core of the electromagnet; the number of turns of each winding being different. One of them, called an inductor, is directly connected either to the sector in the variant number UN, or to the generator in variant number TWO.

L'autre, appelé induit, est relié aux électrodes de l'enceinte assurant ainsi une separation galvanique entre celle-ci et le secteur dans la variante numéro UN ou entre la celle-ci et le générateur dans la variante numéro DEUX.The other, called armature, is connected to the electrodes of the enclosure thus ensuring a galvanic separation between the latter and the sector in variant number UN or between the latter and the generator in variant number TWO.

Cette separation permet, en outre, d'ajuster la tension d'alimentation en fonction du dimensionnement de l'enceinte et de la puissance du dispositif. En disposant, suivant le schema de la figure III, un condensateur (ll),(tracé en pointille), en parallèle sur l'enroulement inducteur on peut obtenir la condition de résonance dans le circuit primaire couple avec l'enroulement secondaire servant à alimenter les électrodes (2) de l'enceinte
La realisation de cette condition de résonance permet, pour un courant d'alimentation minimum, d'obtenir un courant maximum dans la bobine primaire de l'électro-aimant ainsi que dans la bobine secondaire. This separation also makes it possible to adjust the supply voltage as a function of the size of the enclosure and the power of the device. By arranging, according to the diagram of figure III, a capacitor (ll), (dotted line), in parallel on the inductor winding one can obtain the resonance condition in the primary circuit coupled with the secondary winding used to supply the electrodes (2) of the enclosure
The realization of this resonance condition allows, for a minimum supply current, to obtain a maximum current in the primary coil of the electromagnet as well as in the secondary coil.

Claims

1) Hall Effect circulator device for ionic liquids, characterized by a parallelepiped enclosure, made of an electrical insulating material, into which a pair of electrodes is inserted as well as by an electromagnet in the air gap of which the enclosure is placed.

2) Device according to claim 1 characterized by metal electrodes of non-magnetic material.

3) Device according to claims 1 and 2 characterized in that the electrodes, arranged in the conduit traversed by the liquid, are inserted in two parallel parallel walls, with an axis perpendicular to the direction provided for the flow of liquids and to the direction of the magnetic induction field created in the air gap of the electromagnet.

4) Device according to claims 1, 2 and 3 characterized in that the pair of electrodes is connected either directly to the sector in variant number UN, or to the output of a generator delivering the power necessary for the operation of the device to the frequency desired by the user in variant number TWO.

5) Device according to all the preceding claims, characterized in that the excitation coil of the electromagnet is also connected either directly to the sector in variant number UN, or to the output of a generator delivering the power necessary for operation of the device at the frequency desired by the user in variant number TWO.

6) Device according to all the preceding claims characterized by the introduction, into the circuit constituted by the excitation coil of the electromagnet, of two capacitors of continuously variable capacity having the effect of phase shifting the supply current of this circuit with respect to the current of the circuit comprising the two electrodes and the liquid between them.

7) Device according to claim 6 characterized in that in the assembly of Figure III the excitation winding of the electromagnet is composed of two separate windings and electrically insulated. The primary winding is directly connected either to the mains (variant number UN) or to a generator (variant number TWO) with a capacitor of variable capacity in parallel so as to obtain resonance. The secondary winding is in series with the two capacitors serving for the phase shift and supplies the circuit containing the electrodes and the liquid between them. Thus, a galvanic cut is made between the sector in variant number UN or between the generator in variant number TWO and the circuit comprising the electrodes and the liquid. In addition, by carrying out resonance using the capacitor in parallel with the primary, a maximum current is obtained in the secondary; the supply current being minimum.