JPH0127669B2

JPH0127669B2 -

Info

Publication number: JPH0127669B2
Application number: JP55166515A
Authority: JP
Inventors: Ueguhauputo Eeritsuhi; Inchitsuhiaa Rutsutsu; Shunatsupaa Kurisutofu
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1989-05-30
Also published as: DE2947592A1; EP0029544B1; JPS5688645A; US4365479A; DE2947592C2; EP0029544A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は回転電機、特にターボ発電機の回転子
の超電導界磁巻線を冷却するための装置の冷媒補
給装置に関する。

〔従来の技術〕

軸近くにあつて軸と共に回転する前室を含む冷
媒導入系を備え、前室内には回転電機の通常運転
状態では外部冷媒貯蔵槽から取出され固定した冷
媒供給導管を介して導入された液相および気相の
冷媒が存在している回転電機の回転子の超電導界
磁巻線を冷却する装置の冷媒補給装置はドイツ連
邦共和国特許出願公開第2923496号明細書に記載
されている。この補給装置は、回転電機、特にタ
ーボ発電機の超電導巻線の溢流冷却または浴冷却
を熱サイホン冷却原理により可能にする冷却装置
に対して特に設けることができる。例えば昭和55
年特許出願公開第26095号公報に記載されている
冷却装置は、軸と共に回転する混合室を有し、こ
の混合室内には液相および気相の２相混合体が存
在する。回転運転状態においては、この２相混合
体の相はそれに作用する遠心力により分離され、
気相の冷媒は混合室の軸近くの領域にあり、液相
の冷媒は混合室の軸から離れた領域にある。混合
室の軸から離れた領域に蓄積された液相の冷媒は
界磁巻線を冷却するために関与し、密度差に基
く、熱サイホン冷却ループにおけるいわゆる自己
ポンプ効果が利用される。このために界磁巻線の
外周に冷媒分配系が設けられ、この冷媒分配系は
界磁巻線を貫通する冷却通路および界磁巻線の外
側の半径方向に延びる冷媒接続導管を介して混合
室の半径方向外方にある領域に接続されている。

回転電機の運転状態においては、すなわち回転
子が回転しているときには、界磁巻線のすべての
冷却通路は外周から冷媒分配系を介して完全に液
相のヘリウムが貫流する。界磁巻線内の冷媒はそ
こに現われる損失および外から侵入する熱により
暖められるので、それに応じて冷媒の密度は減少
し、冷却通路中に混合室への方向の流れが生ず
る。同時に温度の低い、従つて密度の高い冷媒は
冷媒接続導管を介して半径方向外方に向つて冷媒
分配系中へ、そしてそこから界磁巻線中へ流れ
る。冷却通路に沿つて巻線により局部的に生じる
熱量または外部から侵入する熱量のために形成さ
れる圧力降下は冷却ループ中に対流を生じさせる
が、これを熱サイホンループと称する
（“Cryogenics”1977年７月号、第429頁〜第433
頁およびドイツ連邦共和国特許出願公開第
2530100号明細書参照）。この循環流は、冷媒によ
り吸収される熱量が大きい程強い。界磁巻線は従
つて確実に冷却される。

混合室の中心に蓄積された冷媒蒸気は、目的に
合うように、回転子本体の界磁巻線を支持する接
続素子の向流冷却のために使用される。これによ
つて、侵入した熱は著しく減らされる。この場合
には、冷媒蒸気は僅かの絶対温度からほゞ室内温
度に暖められ、比重も軽くなる。この加熱は大き
い半径のところで生じるが、低温ガスの流入は回
転軸の近くで行われるので、向流冷却器は同時に
ポンプとして作用する。密封性を容易にすること
を考慮して出口圧力を例えば1.1barに一定に保て
ば、このポンプは回転子の混合室内に負圧を供給
するが、これは例えば0.3〜0.6barの間にある。
ヘリウムの沸騰特性により温度降下は約1Kとな
り、従つて超電導巻線の電流負担性が高くなる。

この冷却装置においては、相応して低い圧力で
かつ低い温度の冷媒が補給されねばならない。こ
のために例えば過冷却ヘリウムを供給する冷却装
置を設けてもよい。そのような冷却装置は標準圧
力で動作する装置よりも著しく高い費用を要する
という事実の他に、過冷却ヘリウムの貯蔵も非常
に困難である。さらに、すべての密封部分に困難
が生じる。何故ならば低温の導管部分は負圧のた
めに暖かいガスを周囲から吸込むからである。

この問題点を解決するため、冷却装置および冷
媒導管部分が約1.2barの最適圧力で運転できるよ
うに軸と共に回転する減圧器を設けることが行わ
れた。適当な減圧器は、例えばヘリウムをヘリウ
ム貯蔵タンクからヘリウム浴中へ補給するための
装置においては超電導発電機の回転子内に設けら
れるが、これはドイツ連邦共和国特許出願公開第
2923496号明細書に記載されている。この装置に
おいては、冷媒供給系内に軸近くに軸と共に回転
する前室が設けられ。その中へ固定冷媒導入管を
介して外部からヘリウムが導入される。このヘリ
ウムは暖まるために２相となつているので、回転
子が回転すると前室内において軸近くの領域では
ガス状冷媒が、軸から離れた領域では液相冷媒が
存在している。前室は従つて相分離器となる。

この装置においては、前室内の圧力と界磁巻線
に対する回転しているヘリウム浴内の負圧との間
の圧力減少は、貯蔵室と界磁巻線に対するヘリウ
ム浴との間の供給導管内の暖められた冷媒柱がこ
のヘリウム浴の温度の低い冷媒柱と平衡している
ことにより達成される。この場合に、前室におけ
る気相のヘリウムおよび液相のヘリウムの間の相
境界の半径により界磁巻線に対する回転している
ヘリウム浴内の相境界のレベルが定められる。す
なわち、ヘリウム浴内の液相の冷媒の割合が損失
のために減少すると、それに相応してヘリウム浴
の回転している冷媒柱の圧力も減少し、従つて冷
媒は前室から浴中へ流れることができる。前室か
ら流出した液相の冷媒はこの場合外方から供給さ
れる冷媒により補充されねばならない。従つて相
分離器における液面レベルは、補給装置において
能動的に調整されねばならない。このために例え
ば弁のような特別の操作素子および調整装置と接
続した温度に依存する測定感知器のような特別の
レベル調節器が必要である。そのようなレベル調
節器は複雑であり、比較的費用を要し、場合によ
つては故障を起し易い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上述のような従来の補給装置
における冷媒の複雑で高価なレベル調整を改良
し、回転電機の超電導界磁巻線を冷却するための
装置の冷媒補給装置の前室内のレベル調整を簡単
にすることにある。更に本発明の目的は、特に外
部冷媒貯蔵槽から取出される冷媒の供給は超電導
界磁巻線の冷却に必要な冷媒の損失に依存して自
己調整されるような補給装置を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、回転軸の近傍にあ
つて回転軸と共に回転する前室を含む冷媒導入系
を備え、前室よりレベルの高い所に配置された外
部冷媒貯蔵槽から取り出される液相および気相の
冷媒を前室に導入するための固定された冷媒供給
導管を設け、冷媒供給導管を前室内の軸から離れ
た外側の領域において回転軸に関して予め定めら
れた半径上に開口させ、この冷媒供給導管の開口
個所における冷媒の供給圧力を回転電機の通常運
転において前室内で回転軸と共に回転する液相の
冷媒の冷媒圧力と平衡するようにしたことにより
達成される。

界磁巻線における熱損失を排出するために、ま
たは熱輻射のために液相の冷媒が前室から取出さ
れると、液相のヘリウムの貯蔵が小さいことによ
り、回転の際に、予め定められた半径のために液
相の冷媒を満たされた前室の半径方向外方領域に
ある供給個所に相応して小さい背圧を生じる。し
たがつて、流入圧力と前室に貯蔵された液相の冷
媒の背圧とはもはや平衡せず、すなわち流入圧力
は背圧より高い。そのとき冷媒は、液相の冷媒の
予め定められた量が再び存在し平衡圧力が再び作
られるまで前室に流れる。従つて本発明による補
給装置の利点は、特に、前室から取出される液相
の冷媒のその都度の要求に適した自己調整の冷媒
供給にある。前室における液相の冷媒のレベル
は、特別な外部調整装置を必要とすることなくほ
ぼ一定に保たれる。

本発明による補給装置の別の形態においては、
前室の半径方向外側領域を超電導界磁巻線の周辺
に配置された冷媒分配系に接続する冷媒供給導管
を有し、さらに回転電磁の通常運転状態に負圧に
おいて液相の冷媒および気相の冷媒を含む軸近傍
で共に回転する混合室を有し、さらに界磁巻線の
巻線部分を通つて冷媒分配系と混合室との間に延
びている冷却通路および相応する冷媒接続導管を
巻線部分の外方に備え、さらにまた気相の冷媒を
混合室から外方へ導出するため混合室の軸近くに
接続される冷媒導出導管を含む冷却装置の部分と
することができる。この冷却装置においては、特
に前室と混合室との間の圧力減少は前室内の液面
レベルまたは混合室内の液面レベル上の回転する
冷媒柱により形成される。そのような、本発明に
よる補給装置と組合わされた冷却装置により、超
電導界磁巻線の自己調整冷却が保証される。

本発明の補給装置の他の有利な実施形態は特許
請求の範囲に記載されている。

〔実施例〕

以下図面により本発明による補給装置の実施例
について説明する。図示された冷却装置は回転電
機、特にターボ発電機の回転子の超電導界磁巻線
に対して設けられている。回転電機の回転子の詳
しくは示されていない部分は、例えばドイツ連邦
共和国特許出願公開第2439719号明細書またはド
イツ連邦共和国特許出願公告第2503428号明細書
に記載されているものと同様のものを用いること
ができる。図においては、本発明による補給装置
を含む冷却装置を備えた回転子の上半部を部分的
にのみ縦断面図として示してある。

回転電機の冷却されるべき回転部分は真空によ
り囲まれ、外部からこれらの部分へ熱が伝わるの
を制限している。このために、回転電機の軸２の
周りに同心的に支持された回転子本体３内に配置
された超電導界磁巻線４は真空室５により囲まれ
ており、この真空室５は軸と共に回転するシリン
ダ状真空ハウジング６の内部にあり、この真空ハ
ウジング６は室温または室温以上の温度にある。
真空ハウジング６の前面端７は同時に回転子の接
続頭部９の部材として形成されている。この接続
頭部９において界磁巻線の冷却に必要な冷媒が回
転子中へ導入され、また回転子から再び導出され
る。

図示された冷却装置においては、冷却系は例え
ば昭和55年特許出願公開第26095号公報に記載さ
れているような冷却系が取扱われている。この冷
却装置は軸近くで回転する混合室１１を有し、こ
の混合室１１内には回転子に外部から供給され負
圧で沸騰する冷媒の浴が存在する。巻線４の導体
は超電導材料を含んでいるので、冷媒としてヘリ
ウムが設けられている。回転子が回転すると、遠
心力の作用で相分離が生じ、その結果回転電機の
通常運転状態において混合室１１内では重い方の
液相のヘリウムA₁が軸近くに保持された気相の
ヘリウムB₁の周りに同心的にたまつている。

これら２つの相の間の境界面は１２で示されて
いる。界磁巻線４の外周には冷媒分配系１４が設
けられているが、これは互に網状に接続され軸に
平行に且つ回転子の周方向に延びる冷媒導管から
なつている。この冷媒分配系１４と混合室１１と
の間には図面において線で示されている冷却通路
１５が界磁巻線４の巻線部分を通つて延びている
が、この冷却通路を通つて巻線を冷却するヘリウ
ムが流れる。この冷媒の流れの方向は図によれば
冷媒分配系１４から混合室１１へ取られ、冷却通
路１５に付した矢印により示されている。さらに
冷媒分配系１４は、線で示された特別の冷媒接続
導管１６を介して混合室１１に接続されている。
これらの冷媒接続導管１６は界磁巻線４の巻線部
分の外側にあり、混合室１１から冷媒分配系１４
へ液体冷媒を供給するのに用いられる。この冷媒
の半径方向外方へ向いている流れの方向は、図に
おいては冷媒接続導管１６に付した矢印により示
されている。

超電導界磁巻線４を冷却するために循環通路が
設けられ、この循環通路においていわゆる熱サイ
ホン・ループにおける自己ポンプ効果が利用され
る。すなわち半径方向に配置された冷媒接続導管
１６を介して、低温ヘリウムA₁は混合室１１か
ら冷媒分配系１４へ送られ、そこから超電導界磁
巻線４の接続された冷却通路１５に達する。外部
から熱が侵入するために、冷媒分配系１４の冷媒
導管内の冷媒は暖められる。さらに界磁巻線４の
巻線部分において生じる電力損失によつても暖め
られる。それによつて冷媒の密度が減少し、接続
導管１６内の低温冷媒の静液圧に対して暖められ
た冷媒の静液圧を減少させる。この圧力差のため
に、冷媒は冷却通路１５を介して半径方向内部へ
回つて混合室１１に戻り、いわゆる熱サイホン・
ループの循環流が形成される。

回転電機の通常運転状態において混合室１１内
で集められ気化された冷媒B₁は、排気導管１８
および１９を介して外方へ排出される。この場合
にも自己ポンプ効果が利用される。すなわち軸近
くで混合室から導管１８および１９を介して取出
されB₁′で示されている冷媒ガスは、回転子の低
温部分を支持する接続素子、例えば共に回転する
温度の高い真空ハウジング６と回転子の温度の低
い部分との間の接続素子２０および２１を冷却す
るのにあずかることによつて暖まる。その温度の
低い回転子部分は、例えば電磁ダンパーとして作
用し図では単にシリンダ２２として示されている
ものである。軸から離れた接続素子２０および２
１内において冷媒ガスB₁′が少なくともほぼ真空
ハウジング６の温度にまでなるが、この接続素子
２０および２１の冷却は、この場合熱流に対する
向流によつて行われ、その結果これらの素子も向
流冷却器と見ることができる。このようにして暖
まつた冷媒ガスは接続頭部９において回転子から
導出され、図では簡単に示されている低温装置２
４に導かれる。

低温の冷媒ガスと高温の冷媒ガスとの間の密度
が異なることにより自己ポンプ効果を生じる。出
口圧力を一定にすると、混合室１１においては例
えば0.4barの値の負圧を生じる。これに関連して
冷媒の温度降下は約1Kとなる。

超電導界磁巻線４を冷却するために必要な液相
のヘリウムは、共に回転し軸近くに配置された前
室２６から取出されるが、この室は冷媒導管系の
一部分であり、例えば接続頭部９の近くにある。
この前室２６は回転電機の通常運転状態において
回転の際に液相の冷媒A₂を軸から離れた領域に
有し、この冷媒A₂は遠心力のために気相の冷媒
B₂を同心に囲んでいる。両相の境界面はこの場
合２７で示されている。前室２６の軸から離れた
領域には、少なくとも、回転子軸２に関して半径
方向に延びる冷媒供給導管２８が接続されてお
り、この導管２８を介してA₂′で示される液相の
冷媒が前室２６から界磁巻線４の外周に配置され
た冷媒分配系１４に供給される。

冷却装置は、前室２６と界磁巻線４との間に、
例えば昭和55年特許出願第77600号（特開昭56−
3550号）による圧力降下段を有している。この場
合冷媒分配系１４内の界磁巻線４の外周における
冷媒の圧力P₁は冷媒供給導管２８の半径方向外
端における圧力P₂と平衡している。何故ならば
前室２６内のヘリウム液面レベル２７および混合
室１１内のヘリウム液面レベル１２より上の２つ
のヘリウム柱は異なる圧力のために異なる温度
と、従つて異なる密度とを持つているからであ
る。液面レベル２７および１２はこの場合フイー
ドバツクの関係にあり、すなわち混合室１１にお
ける液面レベル１２が大きい半径に向つて降下す
ると、圧力P₁は低下する。そのときヘリウムは
圧力降下段の冷媒供給導管２８を介して、圧力
P₁とP₂との間の平衡条件が再び作られるまで流
れる。

図にさらに示されている補給装置によつて、前
室２６には、外部の冷媒貯蔵槽２９から取出され
た液相の冷媒A₃′が供給される。軸に近い前室２
６よりは高い場所に配置されている冷媒貯蔵槽２
９内には、液相の冷媒A₃と、圧力約1.2barのガ
ス相の冷媒B₃がある。液相の冷媒A₃と気相の冷
媒B₃との間の相境界は３０で示されている。前
室２６と冷媒貯蔵槽２９との間には少なくとも１
つの、弁３２を介して閉じることのできる第１の
導管３３が設けられており、この導管３３は冷媒
貯蔵槽２９の底に開口し、前室２６の軸から離れ
た領域において、導管３３の半径方向に延びて固
定している部分３４により液相の冷媒A₂内に浸
漬している。さらに少なくとも１つの別の、弁３
５を介して閉鎖可能な導管３６が低温の冷媒ガス
交換のために、冷媒貯蔵槽２９内の液相の冷媒
A₃の上部に形成されたガス相の冷媒B₃を充填さ
れたガス室と前室２６の軸近くで気相の冷媒B₂
を充填された室との間に設けられている。この交
換用の導管３６により、前室２６内では冷媒貯蔵
槽２９におけるほぼ同じ約1.2barの圧力が生じる
ようにされる。

導管３６は、液相のヘリウムを導く導管３３の
熱絶縁を改善するために、導管３３の周りに同心
に配置されてもよい。

冷媒貯蔵槽２９の中へは、弁３７で閉鎖可能な
接続導管３８を介して液相の冷媒A₄を外部の低
温装置２４から導入することができ、一方気相の
冷媒B₃′は冷媒貯蔵槽２９から弁３９で閉鎖可能
な導管４０を介して低温装置２４へ戻すように導
かれる。さらに弁３７と低温装置２４との間にあ
る接続導管３８の部分片から、または低温装置２
４から直接に冷媒導管４２が出ており、この導管
４２は弁４３および４４で閉鎖可能な２つの導管
片４５および４６に分岐している。これらの導管
片は前室２６と冷媒貯蔵槽２９との間に延びてい
る導管３３および３６に開口し、開口個所４７お
よび４８は弁３２，３５と前室２６との間にあ
る。

この補給装置により、圧力降下段の冷媒供給導
管２８を介して前室２６から多量の液相ヘリウム
A₂′が冷媒分配系１４へ流出しても、前室２６の
中には常に充分な液相のヘリウムA₂が存在する
ことを保証できる。このために本発明によれば、
冷媒が前室２６の軸より離れた領域において出て
行く導管３３の半径方向に延びる部分３４の開口
個所５０は予め定められた半径Ｒ上にあり、その
結果その個所において冷媒貯蔵槽２９と前室２６
との間の自然の落差のために冷媒の通流圧力が回
転電機の通常運転状態において前室内で回転して
いる冷媒A₂の冷媒圧力と平衡している。そのと
き前室２６内における液面レベル２７が変化する
と、導管３３の開口個所５０における遠心力も変
化する。例えば液相のヘリウムにおける液面レベ
ル２７が半径方向外方に移ると、開口個所５０に
おける圧力は相応して落ち、液相のヘリウムは前
室２６内へ流れる。これに反して液面レベルの半
径が元に戻ると、開口個所５０における圧力は増
加し、液相のヘリウムの供給は阻止される。この
ようにして液相のヘリウムの供給は自動的に制御
される。さらに前室２６において液相のヘリウム
A₂に作用する遠心加速度は、50／secの回転速度
で例えば開口個所５０の半径が５cmであれば、重
力加速度の500倍となるので、液面レベル２７の
半径方向の位置は冷媒貯蔵槽２９の液面レベル３
０の変化と共に非常に僅かしか変化しない。すな
わち液面レベル３０が１ｍ降下しても、液面レベ
ル２７は僅か２mm低下するだけである。

従つて一方では冷媒供給は冷媒貯蔵槽２９と混
合室１１との間で全面にわたつて全く自動的に調
整され、他方では運転は実際上冷媒貯蔵槽２９内
のレベルとは無関係である。従つて液相のヘリウ
ムに対する貯蔵器としての冷媒貯蔵槽２９の機能
は保証される。冷媒貯蔵槽２９の容量は、低温装
置２４の一時的に停止した場合にも比較的長い発
電機運転を可能にする。

図の実施例によれば接続頭部９内の回転子の一
方の軸端に、半径方向に延びる中間壁５２が設け
られており、この中間壁５２は、接続頭部９の回
転部分と固定部分との間において相境界をなす液
面レベル２７の半径より大きい半径の所に配置さ
れたパツキン５３へ前室２６から液相の冷媒A₂
が流れるのを防止している。従つて、これらのパ
ツキン５３は対応する軸近くのパツキン５４と同
様に高温および低温のガス相の冷媒の交換を防止
することだけを保証する。低温のガス相の冷媒の
圧力が高温のガス相の冷媒の圧力より少し高く、
例えば1.1barに対して1.2barであれば、これらの
パツキンにおける間隙を通つて流れ出る低温のガ
ス相の冷媒は向流原理によつて壁を冷却する。こ
れにより熱の侵入による損失はさらに減らされ
る。

これらのパツキンにおいて、また排気導管１８
および１９から出る暖められた排ガス（Ｃで示
す）は接続頭部９の収集室５５の中に集まり、そ
こから収集導管５６を介して低温装置２４へ送ら
れる。この収集導管には弁５７が存在する。

次に本発明による補給装置を有する回転電機及
びその冷却装置の個々の運転状態について説明す
る。

故障のない通常運転においては、弁３２および
３５は開いており、弁４３および４４は閉ざされ
たままである。この場合に低温装置２４は冷媒貯
蔵槽２９内に液相のヘリウムA₃を充分に貯蔵し
ている。そのとき補給装置の自動調整運転は発生
する損失に応じて行われる。

冷却には２つの方法が可能である。一つの方法
では弁３２および３５を開くことにより、まだ高
温の回転子に液相の冷媒A₃を一杯に入れる。こ
の場合には非常に短かい冷却時間が得られるが、
回転子内に高い温度勾配が予期される。さらに冷
却エネルギーは比較的低度にしか利用されない。
他の方法では弁３２，３５，３７および３９を閉
じたままとし、弁４３および４４を開き、これに
より低温装置２４は直接に導管３３および３６に
接続されている。初めに冷却装置２４には高温ガ
スを、それから次第に低温ガスを供給し、これに
より回転子を次第に冷却する。このためには多量
のガスを必要とし、従つて両導管３３および３６
は並列に接続するのが有利であり、これにより充
分な流れ断面積を使用できる。

前室２６において液相の冷媒A₂がたまるまで
冷却が進行すると、弁４３および４４は閉ざさ
れ、これに対して弁３２，３５，３７および３９
が開かれる。そこで貯蔵槽２９内の液相の冷媒
A₃の貯蔵は冷却過程を加速するのに用いられ、
この冷却過程はもしそうでないと冷却装置２４の
容量のために制限されることになる。熱平衡およ
び通常の液面レベル１２および２７に達すると、
冷却装置は自動的に通常連続運転状態に入る。

回転子を加熱するためには、先ず回転子の回転
速度を例えば2.25／secに下げることができ、こ
の場合前室２６における液相の冷媒A₂に対する
遠心力は重力と平衡を保つている。弁３２，３５
および４４はそのとき閉ざされ、液相のヘリウム
A₂はレベル的に低い方にあるタンクの中に導か
れるか、または低温装置２４の構成要素でもあり
得るポンプにより、弁４３および３７の開放時に
導管３３，４５，４２および３８を介して冷媒貯
蔵槽２９に送られる。回転子の向流冷却器として
作用する接続素子２０および２１のポンプ作用は
回転速度が小さいために殆んど無くなるので、ガ
ス流は排気導管１８および１９へ戻り、ヘリウム
液面１２の上の回転子内の圧力は排ガス系の約
1.1barに増大する。そこで低温装置におけるポン
プが吸入側において圧力を約1barに低下させる
と、全回転子から液相のヘリウムを無くすのに
0.1barの差圧で充分である。その後冷却過程に類
似して、導管３３および３６を通つてガスを吹付
けて加熱するようにすることができる。

いわゆるクエンチの際には、界磁巻線４の一部
は超電導状態から常電導状態に移る。これに関連
する巻線の局部加熱はヘリウムを著しく蒸発させ
る。これにより起こされる内部圧力上昇のため
に、液相のヘリウムは貯蔵槽２９に送り戻され
る。排気導管１８，１９が向流冷却器２０および
２１における断面積を熱移行のために小さく保た
なければならないのに対し、導管３３および３６
はその断面積を広範囲に自由に選ぶことができる
ので、冷媒導管系を介しての圧力降下は十分に保
証される。回転子における内部圧力が大きくなる
と、前室２６は液相の冷媒が溢れ、２つの導管３
３および３６はこの液相の冷媒を同じように冷媒
貯蔵槽２９に戻し、これにより流れ抵抗は低い値
にとどまる。クエンチによつて回転子が完全に空
になると、さらに流出して次第に高温になる気相
の冷媒に対する導管３６の流れ抵抗は小さくな
る。何故ならば、冷媒貯蔵槽２９からの導管３３
は液相の冷媒を満たされたままであるからであ
る。従つて気相の冷媒は、冷媒貯蔵槽２９内の液
相の冷媒を通過する必要がなく、付加的な蒸発は
生じない。

さらにクエンチの際に生じたヘリウム内の圧力
上昇は温度上昇をも起させる。これにより、巻線
の導体材料における常電導領域の広がり速度も増
大する。回転子からの液相のヘリウムは圧力を加
えられるので、ヘリウム液面レベル１２は大きい
半径になる。巻線の最も内部の導体がもはや液相
の冷媒でおおわれなくなると直ぐに、冷却は悪く
なり、付加的な常電導領域が生じ、従つてエネル
ギーは一様に分布される。

〔発明の効果〕

本発明による装置によれば、回転電機の超電導
界磁巻線の冷却装置への冷媒の自動調整補給が可
能となり、回転電機の信頼性のある運転をするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の縦断側面図である。２……回転子軸、３……回転子本体、４……超
電導界磁巻線、５……真空室、６……真空ハウジ
ング、１１……混合室、１４……冷媒分配系、１
５……冷却通路、１６……冷媒接続導管、１８，
１９……排気導管、２４……低温装置、２６……
前室、２９……冷媒貯蔵槽、３３，３６……接続
導管、５０……開口個所。

Claims

【特許請求の範囲】１回転軸２の近傍にあつて回転軸２と共に回転
する前室２６を含む冷媒導入系を備え、前室２６
よりレベルの高い所に配置された外部冷媒貯蔵槽
２９から取り出される液相および気相の冷媒を前
室２６に導入するための固定された冷媒供給導管
３３を設け、冷媒供給導管３３を前室２６内の軸
から離れた外側の領域において回転軸２に関して
予め定められた半径Ｒ上に開口させ、この冷媒供
給導管３３の開口個所５０における冷媒A₃′の供
給圧力を回転電機の通常運転において前室２６内
で回転軸と共に回転する液相の冷媒A₂の冷媒圧
力と平衡するようにしたことを特許とする超電導
界磁巻線冷却装置の補給装置。２特許請求の範囲第１項記載の補給装置におい
て、気相の冷媒B₃を満たされた冷媒貯蔵槽２９
のガス室と、軸近くで気相の冷媒B₂を満たされ
た前室２６のガス室との間に少なくとも１つの接
続導管３６を介して圧力平衡が行われていること
を特徴とする超電導界磁巻線冷却装置の補給装
置。３特許請求の範囲第２項記載の補給装置におい
て、冷媒貯蔵槽２９および前室２６の圧力は約
1.2barであることを特徴とする超電導界磁巻線冷
却装置の補給装置。４特許請求の範囲第２項または第３項記載の補
給装置において、低温装置２４から冷媒供給導管
３３或は圧力補償導管３６への直接の冷媒供給は
冷媒貯蔵槽２９を迂回して行い得ることを特徴と
する超電導界磁巻線冷却装置の補給装置。５特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
か１項に記載の補給装置において、前室２６の半
径方向外部領域を超電導界磁巻線４の周辺に配置
された冷媒分配系１４に接続する冷媒供給導管２
８と、回転電機の通常運転のとき負圧において液
相の冷媒A₁および気相の冷媒B₁を含む軸近くの
共に回転する混合室１１と、冷媒分配系１４と混
合質１１との間で界磁巻線４の巻線部分および巻
線部分の外部の対応する冷媒接続導管１６を通る
冷却通路１５と、気相の冷媒B₁′を混合室１１か
ら外方へ導出するため混合室１１の軸近くに接続
された少なくとも１つの冷媒排気導管１８；１９
とを有することを特徴とする超電導界磁巻線冷却
装置の補給装置。６特許請求の範囲第５項記載の補給装置におい
て、超電導界磁巻線４の冷却が、冷媒分配系１４
と、界磁巻線４の巻線部分を通る冷却通路１５
と、混合室１１と、巻線部分の外方の冷媒接続導
管１６とを通る熱サイフオン・ループ中の循環流
により行われることを特徴とする超電導界磁巻線
冷却装置の補給装置。７特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれ
か１項に記載の補給装置において、前室２６と混
合室１１との間の圧力降下が、前室２６における
液面レベル２７および混合室１１における液面レ
ベル１２上の回転している冷媒柱により形成され
ることを特徴とする超電導界磁巻線冷却装置の補
給装置。８特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
か１項に記載の補給装置において、前室２６にお
ける液相の冷媒A₂の液面レベル２７が、大きい
半径上に延び前室２６のガス室に接続されている
隣接する空間に対し中間壁５２により側方を画成
されていることを特徴とする超電導界磁巻線冷却
装置の補給装置。