JPH0571122B2 - - Google Patents
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- JPH0571122B2 JPH0571122B2 JP60158384A JP15838485A JPH0571122B2 JP H0571122 B2 JPH0571122 B2 JP H0571122B2 JP 60158384 A JP60158384 A JP 60158384A JP 15838485 A JP15838485 A JP 15838485A JP H0571122 B2 JPH0571122 B2 JP H0571122B2
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- cooling
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/884—Conductor
- Y10S505/885—Cooling, or feeding, circulating, or distributing fluid; in superconductive apparatus
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、超電導コイルの冷却方式に係り、特
に、超電導線を金属性コンジツトに収容し、この
コンジツト内に冷媒を流通させて超電導線を冷却
する方式の超電導コイル装置に関する。
に、超電導線を金属性コンジツトに収容し、この
コンジツト内に冷媒を流通させて超電導線を冷却
する方式の超電導コイル装置に関する。
超電導コイルを冷却する方法には、大きくわけ
てコイルを直接冷媒中に浸漬して行う浸漬冷却法
式と、金属性コンジツトの内部に超電導線が挿入
された超電導体を巻回してコイルをつくり、コン
ジツト内部の超電導線との間隙に冷媒を強制的に
循環して冷却する強制冷却方式とがある。
てコイルを直接冷媒中に浸漬して行う浸漬冷却法
式と、金属性コンジツトの内部に超電導線が挿入
された超電導体を巻回してコイルをつくり、コン
ジツト内部の超電導線との間隙に冷媒を強制的に
循環して冷却する強制冷却方式とがある。
このうち、浸漬冷却方式の場合には冷媒中にコ
イルが浸漬されているため、コイルが一部常電導
状態になつてもまわりの冷媒によつて冷却される
ため安定性はあるが、超電導コイル及び冷媒を収
納するクライオスタツトが必要である（このよう
な例は例えば特公昭50−24197号公報等に開示が
ある）。又、超電導コイルの電気絶縁は超電導線
の外表面に接触していて、これを冷却している冷
媒の絶縁性に影響され、高耐電圧のものが得られ
ない欠点がある。
イルが浸漬されているため、コイルが一部常電導
状態になつてもまわりの冷媒によつて冷却される
ため安定性はあるが、超電導コイル及び冷媒を収
納するクライオスタツトが必要である（このよう
な例は例えば特公昭50−24197号公報等に開示が
ある）。又、超電導コイルの電気絶縁は超電導線
の外表面に接触していて、これを冷却している冷
媒の絶縁性に影響され、高耐電圧のものが得られ
ない欠点がある。
これに対して強制冷却方式の場合には、超電導
導体自身が冷媒流路となるため、冷媒を貯めるタ
ライオスタツトは不要で、周囲には単に断熱用の
真空容器があれば良く、又、絶縁もコンジツト表
面の問題となるから、絶縁材の選定によつて容易
に耐電圧を高めることが可能であり、冷媒がコン
ジツト内部超電導線の周囲を強制的に流れるため
冷却特性が向上するなどの利点がある。
導体自身が冷媒流路となるため、冷媒を貯めるタ
ライオスタツトは不要で、周囲には単に断熱用の
真空容器があれば良く、又、絶縁もコンジツト表
面の問題となるから、絶縁材の選定によつて容易
に耐電圧を高めることが可能であり、冷媒がコン
ジツト内部超電導線の周囲を強制的に流れるため
冷却特性が向上するなどの利点がある。
従つて、近年は、この強制冷却方式が核融合用
ポロイダルコイルのような大型で複雑な形状をも
ち、しかも高電圧を発生する超電導コイルに最適
であるとされ、各方面から注目され開発がなされ
ている。
ポロイダルコイルのような大型で複雑な形状をも
ち、しかも高電圧を発生する超電導コイルに最適
であるとされ、各方面から注目され開発がなされ
ている。
従来の強制冷却超電導コイル装置の一例を第２
図ないし第４図を参照して説明する。
図ないし第４図を参照して説明する。
第２図は強制冷却超電導導体の断面図であり、
超電導導体１はステンレス製の角形パイプ（コン
ジツト）２の内側の冷媒通路３内にこの通路にそ
つて複合超電導線４を配したもので、冷媒通路３
にヘリウムを流すことにより超電導線４が超電導
状態を呈するまで冷却されるようになつている。
超電導導体１はステンレス製の角形パイプ（コン
ジツト）２の内側の冷媒通路３内にこの通路にそ
つて複合超電導線４を配したもので、冷媒通路３
にヘリウムを流すことにより超電導線４が超電導
状態を呈するまで冷却されるようになつている。
第３図及び第４図はこのような超電導導体１を
用いた強制冷却超電導コイル１０と、このための
一般的な冷媒発生装置１７とを示したもので、主
な構成機器は循環圧縮機５、液体窒素槽６、液体
ヘリウム槽７及び向流型熱交換器８等を収納する
収納容器９、超電導コイル１０を収納するクライ
オスタツト１１、及び、それを結ぶ冷媒移送管１
２ａ，１２ｂ、それに電流リード１４ａ，１４ｂ
と励磁電源１５から成つており、次のような方法
で冷却が行なわれる。すなわち、冷媒となるヘリ
ウムは循環圧縮機５により圧縮されて熱交換器収
納容器９内部に導かれ、液体窒素槽６で約80Kに
冷却され熱交換器群８で戻りガスと熱交換して液
体ヘリウム槽７に入り、そこで約5Kに冷却され
て超臨界圧ヘリウムとなり、ヘリウム移送管１２
ａを介してクライオスタツト１１に入り、ターミ
ナルボツクス１３で励磁電源１５からくる電流リ
ード１４ａと合流して超電導コイル１０を冷却
し、戻りガスは戻りヘリウム移送管１２ｂを介し
て再び熱交換器収納容器９に入り、ジユールトム
ソン弁１６でＪ−Ｔ膨張して液体となり、液体ヘ
リウム槽７に貯る。こゝで蒸発したガス及び液化
しなかつたガスは、入つてくるガスと熱交換しな
がら戻り配管を介して循環圧縮機５に戻り、これ
をくり返しながら冷却する。
用いた強制冷却超電導コイル１０と、このための
一般的な冷媒発生装置１７とを示したもので、主
な構成機器は循環圧縮機５、液体窒素槽６、液体
ヘリウム槽７及び向流型熱交換器８等を収納する
収納容器９、超電導コイル１０を収納するクライ
オスタツト１１、及び、それを結ぶ冷媒移送管１
２ａ，１２ｂ、それに電流リード１４ａ，１４ｂ
と励磁電源１５から成つており、次のような方法
で冷却が行なわれる。すなわち、冷媒となるヘリ
ウムは循環圧縮機５により圧縮されて熱交換器収
納容器９内部に導かれ、液体窒素槽６で約80Kに
冷却され熱交換器群８で戻りガスと熱交換して液
体ヘリウム槽７に入り、そこで約5Kに冷却され
て超臨界圧ヘリウムとなり、ヘリウム移送管１２
ａを介してクライオスタツト１１に入り、ターミ
ナルボツクス１３で励磁電源１５からくる電流リ
ード１４ａと合流して超電導コイル１０を冷却
し、戻りガスは戻りヘリウム移送管１２ｂを介し
て再び熱交換器収納容器９に入り、ジユールトム
ソン弁１６でＪ−Ｔ膨張して液体となり、液体ヘ
リウム槽７に貯る。こゝで蒸発したガス及び液化
しなかつたガスは、入つてくるガスと熱交換しな
がら戻り配管を介して循環圧縮機５に戻り、これ
をくり返しながら冷却する。
このような装置で超電導コイルを冷却する場合
の欠点は特に第４図から明らかなように、この従
来の装置には、電流リード１４ａ，１４ｂからの
熱侵入を防ぐ手段が特になく、単に循環する冷媒
の熱伝導を利用するのみであり、このため常温部
からの熱伝導による熱侵入及び励磁に伴う発熱に
対して冷却が不十分で、コイルの冷却に長時間を
要すと共に、冷媒を温度上昇させ、強制冷却コイ
ルの超電導状態を不安定にしてしまうという点に
ある。
の欠点は特に第４図から明らかなように、この従
来の装置には、電流リード１４ａ，１４ｂからの
熱侵入を防ぐ手段が特になく、単に循環する冷媒
の熱伝導を利用するのみであり、このため常温部
からの熱伝導による熱侵入及び励磁に伴う発熱に
対して冷却が不十分で、コイルの冷却に長時間を
要すと共に、冷媒を温度上昇させ、強制冷却コイ
ルの超電導状態を不安定にしてしまうという点に
ある。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、電流リードからの侵入熱、及び励磁に伴う発
熱の影響を軽減でき、充分に安定した超電導状態
を得ることができるようにした、強制冷却方式の
超電導コイル装置を提供するにある。
き、電流リードからの侵入熱、及び励磁に伴う発
熱の影響を軽減でき、充分に安定した超電導状態
を得ることができるようにした、強制冷却方式の
超電導コイル装置を提供するにある。
この目的を達成するため、本発明は、強制冷却
超電導コイルに電流を供給する電流リードの内部
を通る冷媒のバイパス路を設けた点を特徴とす
る。
超電導コイルに電流を供給する電流リードの内部
を通る冷媒のバイパス路を設けた点を特徴とす
る。
以下、本発明による強制冷却超電導コイル装置
について、図示の実施例により詳細に説明する。
について、図示の実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例で、１９ａは冷媒と
なる超臨界圧ヘリウムＨの供給側の配管、１９ｂ
は同じく戻り側の配管、２０ａ，２０ｂは電流リ
ード１４ａ，１４ｂを中空に形成して設けた冷媒
通路、２１はバイパス配管、２２，２３は流量調
整弁、２４ａ，２４ｂ，２５、それに２６は絶縁
部である。なお、１３ａ，１３ｂはターミナルボ
ツクスであり、その他は第３図および第４図で説
明した従来例と同じである。
なる超臨界圧ヘリウムＨの供給側の配管、１９ｂ
は同じく戻り側の配管、２０ａ，２０ｂは電流リ
ード１４ａ，１４ｂを中空に形成して設けた冷媒
通路、２１はバイパス配管、２２，２３は流量調
整弁、２４ａ，２４ｂ，２５、それに２６は絶縁
部である。なお、１３ａ，１３ｂはターミナルボ
ツクスであり、その他は第３図および第４図で説
明した従来例と同じである。
冷媒通路２０ａは電流リード１４ａの一部を長
手方向にくり抜いて形成され、その一端はターミ
ナルボツクス１３ａの中に、そして他端はバイパ
ス配管２１に連接されるようにそれぞれ開口して
いる。
手方向にくり抜いて形成され、その一端はターミ
ナルボツクス１３ａの中に、そして他端はバイパ
ス配管２１に連接されるようにそれぞれ開口して
いる。
他方、冷媒通路２０ｂは電流リード１４ｂに形
成され、その一端はバイパス配管２１に、そして
他端は流量調整弁２３にそれぞれ連接されるよう
に開口している。
成され、その一端はバイパス配管２１に、そして
他端は流量調整弁２３にそれぞれ連接されるよう
に開口している。
次に本実施例の動作について説明する。
冷媒発生装置１７から供給された超臨界圧ヘリ
ウムＨは配管１９ａを通つてターミナルボツクス
１３ａに入り、強制冷却超電導コイル１０の冷却
と電流リード１４ａ，１４ｂの冷却に分岐する。
ここでコイル冷却用の冷媒はターミナルボツクス
１３ａ内から超電導導体１内に入つて超電導コイ
ル１０を冷却した後出口側のターミナルボツクス
１３ｂから戻り配管１９ｂを通つて冷媒発生装置
１７に戻る。
ウムＨは配管１９ａを通つてターミナルボツクス
１３ａに入り、強制冷却超電導コイル１０の冷却
と電流リード１４ａ，１４ｂの冷却に分岐する。
ここでコイル冷却用の冷媒はターミナルボツクス
１３ａ内から超電導導体１内に入つて超電導コイ
ル１０を冷却した後出口側のターミナルボツクス
１３ｂから戻り配管１９ｂを通つて冷媒発生装置
１７に戻る。
一方、電流リード冷却用の冷媒は、電流リード
１４ａ下部の開口から冷媒通路２０ａの中に入
り、この電流リード１４ａを冷却した後、両電流
リード１４ａ，１４ｂ間に配設したバイパス配管
２１を通つて戻り側配管１９ｂに戻り、超電導コ
イル１０を冷却した冷媒と合流して冷媒発生装置
１７に戻る。このときの流量の調節は調整弁２３
の操作によつて行われる。
１４ａ下部の開口から冷媒通路２０ａの中に入
り、この電流リード１４ａを冷却した後、両電流
リード１４ａ，１４ｂ間に配設したバイパス配管
２１を通つて戻り側配管１９ｂに戻り、超電導コ
イル１０を冷却した冷媒と合流して冷媒発生装置
１７に戻る。このときの流量の調節は調整弁２３
の操作によつて行われる。
次に、超電導コイル１０への電流供給は、電源
１５を、電流リード１４ａ，１４ｂを介してター
ミナルボツクス１３ａ，１３ｂ内で超電導導体１
に接続することにより行われる。なお、配管の必
要な部分には絶縁部２４ａ，２４ｂ，２５，２６
が設けられ、冷媒配管による電流通路の形成がな
されないようになつている。
１５を、電流リード１４ａ，１４ｂを介してター
ミナルボツクス１３ａ，１３ｂ内で超電導導体１
に接続することにより行われる。なお、配管の必
要な部分には絶縁部２４ａ，２４ｂ，２５，２６
が設けられ、冷媒配管による電流通路の形成がな
されないようになつている。
この実施例の効果確認のため、一辺が７mmの角
形ステンレスコンジツト２を用い、その内に超電
導線４をボイド率50％で挿入した長さ34mの超電
導導体１を内直径100mmのボビンに巻回して強制
冷却超電導コイル１０を製作し、圧力5atm、質
量流量3g／ｓの超臨界圧ヘリウムを用いて冷却
し、直流安定化電源より200Aまで励磁してみた。
そして、このとき、電流リードの冷却効果をみる
ため、流量調整弁２３を閉じたままにしておいた
ときと開度調節したときのそれぞれについてター
ミナルボツクス内に温度センサーを取付けて温度
を測定してみた。
形ステンレスコンジツト２を用い、その内に超電
導線４をボイド率50％で挿入した長さ34mの超電
導導体１を内直径100mmのボビンに巻回して強制
冷却超電導コイル１０を製作し、圧力5atm、質
量流量3g／ｓの超臨界圧ヘリウムを用いて冷却
し、直流安定化電源より200Aまで励磁してみた。
そして、このとき、電流リードの冷却効果をみる
ため、流量調整弁２３を閉じたままにしておいた
ときと開度調節したときのそれぞれについてター
ミナルボツクス内に温度センサーを取付けて温度
を測定してみた。
その結果、調整弁２３を開けない、つまり従来
からの方法と同じ状態にしたままで電流を流した
場合には冷媒温度が上昇し、コイルに流れる冷媒
の質量流量を5g／ｓまで増加させてみても、超
電導コイル１０は、励磁電流120Aですでに常電
導転移を起してしまうのに対して、流量調整弁２
５を開き、電流リード１４ａ，１４ｂに質量流量
1g／ｓの冷媒を供給している状態では、3g／ｓ
の冷媒量のままで励磁電流が200Aになつてもコ
イル１０は常電導転移を起こさず、安定して超電
導運転が継続でき、温度上昇もほとんどみられ
ず、充分な効果が確認できた。
からの方法と同じ状態にしたままで電流を流した
場合には冷媒温度が上昇し、コイルに流れる冷媒
の質量流量を5g／ｓまで増加させてみても、超
電導コイル１０は、励磁電流120Aですでに常電
導転移を起してしまうのに対して、流量調整弁２
５を開き、電流リード１４ａ，１４ｂに質量流量
1g／ｓの冷媒を供給している状態では、3g／ｓ
の冷媒量のままで励磁電流が200Aになつてもコ
イル１０は常電導転移を起こさず、安定して超電
導運転が継続でき、温度上昇もほとんどみられ
ず、充分な効果が確認できた。
以上説明したように、本発明によれば、強制冷
却方式の超電導コイルに対する電流リードの冷却
が充分に行なわれるため、従来技術の欠点を除
き、電流リードからの侵入熱による温度上昇や励
磁電流供給に伴う発熱による温度上昇が効果的に
抑えられ、安定した超電導運転が可能な強制冷却
超電導コイル装置を容易に提供することができ
る。
却方式の超電導コイルに対する電流リードの冷却
が充分に行なわれるため、従来技術の欠点を除
き、電流リードからの侵入熱による温度上昇や励
磁電流供給に伴う発熱による温度上昇が効果的に
抑えられ、安定した超電導運転が可能な強制冷却
超電導コイル装置を容易に提供することができ
る。
第１図は本発明による強制冷却超電導コイル装
置の一実施例を示す構成図、第２図は超電導導体
の一例を示す断面図、第３図は強制冷却超電導コ
イル装置の従来例を示す全体構成図、第４図は同
じく従来例の要部を示す構成図である。 １……強制冷却超電導導体、２……コンジツ
ト、３……冷媒通路、４……複合超電導線、５…
…循環圧縮機、６……液体窒素槽、７……液体ヘ
リウム槽、８……熱交換器群、９……収納容器、
１０……強制冷却超電導コイル、１１……クライ
オスタツト、１２ａ，１２ｂ……冷媒移送管、１
３ａ，１３ｂ……ターミナルボツクス、１４ａ，
１４ｂ……電流リード、１５……励磁電源、１７
……冷媒発生装置、１９ａ，１９ｂ……配管、２
０ａ，２０ｂ……冷媒通路、２１……バイパス配
管、２２，２３……流量調整弁、２４ａ，２４
ｂ，２５，２６……絶縁部。
置の一実施例を示す構成図、第２図は超電導導体
の一例を示す断面図、第３図は強制冷却超電導コ
イル装置の従来例を示す全体構成図、第４図は同
じく従来例の要部を示す構成図である。 １……強制冷却超電導導体、２……コンジツ
ト、３……冷媒通路、４……複合超電導線、５…
…循環圧縮機、６……液体窒素槽、７……液体ヘ
リウム槽、８……熱交換器群、９……収納容器、
１０……強制冷却超電導コイル、１１……クライ
オスタツト、１２ａ，１２ｂ……冷媒移送管、１
３ａ，１３ｂ……ターミナルボツクス、１４ａ，
１４ｂ……電流リード、１５……励磁電源、１７
……冷媒発生装置、１９ａ，１９ｂ……配管、２
０ａ，２０ｂ……冷媒通路、２１……バイパス配
管、２２，２３……流量調整弁、２４ａ，２４
ｂ，２５，２６……絶縁部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超電導コイルを構成する強制冷却超電導導体
と電流供給用リードとの接続部に冷媒供給用のタ
ーミナルボツクスを備えた強制冷却超電導コイル
装置において、上記電流供給用リードの一部に、
その長さ方向に貫通する流体通路を設け、上記タ
ーミナルボツクスから上記強制冷却超電導導体内
に供給される冷媒の流れに対するバイパス路が、
上記電流供給用リードの通路を介して形成される
ように構成したことを特徴とする強制冷却超電導
コイル装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記バイパ
ス路が、その一部に調整弁を備えていることを特
徴とする強制冷却超電導コイル装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60158384A JPS6220303A (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 強制冷却超電導コイル装置 |
| DE8686109810T DE3666107D1 (en) | 1985-07-19 | 1986-07-16 | Forced flow cooling-type superconducting coil apparatus |
| EP86109810A EP0209134B1 (en) | 1985-07-19 | 1986-07-16 | Forced flow cooling-type superconducting coil apparatus |
| US06/886,045 US4692560A (en) | 1985-07-19 | 1986-07-16 | Forced flow cooling-type superconducting coil apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60158384A JPS6220303A (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 強制冷却超電導コイル装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6220303A JPS6220303A (ja) | 1987-01-28 |
| JPH0571122B2 true JPH0571122B2 (ja) | 1993-10-06 |
Family
ID=15670539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60158384A Granted JPS6220303A (ja) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | 強制冷却超電導コイル装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4692560A (ja) |
| EP (1) | EP0209134B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6220303A (ja) |
| DE (1) | DE3666107D1 (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6456151A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Yoshikage Oda | Medium circulation type temperature control device of thermostatic chamber |
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