JPS59150406A - 超電導コイル - Google Patents
超電導コイルInfo
- Publication number
- JPS59150406A JPS59150406A JP58022402A JP2240283A JPS59150406A JP S59150406 A JPS59150406 A JP S59150406A JP 58022402 A JP58022402 A JP 58022402A JP 2240283 A JP2240283 A JP 2240283A JP S59150406 A JPS59150406 A JP S59150406A
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- JP
- Japan
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- coil
- cooling
- helium
- conductor
- refrigerant
- Prior art date
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- Granted
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-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は中空超電導導体内に冷媒を強制的に流して冷却
する構成の強制冷却超電導コイルの改良に関する。
する構成の強制冷却超電導コイルの改良に関する。
一般に超電導コイルは、中実導体を液体ヘリウム中に浸
漬するか又は中空導体内にヘリウムを強制的に流して冷
却するかによって、浸漬冷却コイルと強制冷却コイルに
大別される。前者の浸漬冷却コイルは、液体ヘリウムの
沸騰冷却によって冷却するもので、１気圧４．２°にの
飽和ヘリウムによって安定な冷却が行えるとともに、コ
イルの構造および導体構造も単純なだめ、従来から広く
用いられている。しかし、コイルが大形に彦ると沸騰蒸
発気泡がコイル内に滞溜してコイル表面の熱伝達を阻害
し、超電導特性が劣化する欠点があった。
漬するか又は中空導体内にヘリウムを強制的に流して冷
却するかによって、浸漬冷却コイルと強制冷却コイルに
大別される。前者の浸漬冷却コイルは、液体ヘリウムの
沸騰冷却によって冷却するもので、１気圧４．２°にの
飽和ヘリウムによって安定な冷却が行えるとともに、コ
イルの構造および導体構造も単純なだめ、従来から広く
用いられている。しかし、コイルが大形に彦ると沸騰蒸
発気泡がコイル内に滞溜してコイル表面の熱伝達を阻害
し、超電導特性が劣化する欠点があった。
これに対して後者の強制冷却コイルは、超電導導体内に
ヘリウムの通路を設けて水冷導体のように冷却する構成
であるため、浸漬冷却コイルの欠点を除去できる。第１
図は従来用いられている強制冷却コイルの一例を示すも
ので、１は中空導体からなる強制冷却用超電導導体、２
はこの超電導導体１で巻かれたコイルを収納するコイル
収納容器、前記コイルとコイル収納容器２との間の空間
であり、ここには図示しない電気絶縁物が挿入される。
ヘリウムの通路を設けて水冷導体のように冷却する構成
であるため、浸漬冷却コイルの欠点を除去できる。第１
図は従来用いられている強制冷却コイルの一例を示すも
ので、１は中空導体からなる強制冷却用超電導導体、２
はこの超電導導体１で巻かれたコイルを収納するコイル
収納容器、前記コイルとコイル収納容器２との間の空間
であり、ここには図示しない電気絶縁物が挿入される。
なお、図では超電導コイルは中心線の周りで円板状に巻
かれた双成円板コイルを示しており、超電導導体１間相
互はそれぞれ図示しない絶縁物により電気的に絶縁され
ている。４は２気圧以上の高圧冷媒をパルプ５を介して
ヘリウム容器２内の双成円板コイルの一方の円板コイル
に冷媒を供給する加圧冷媒供給管、６は他方の円板コイ
ルからの冷媒′を排出する冷媒排出管である。７は絶縁
継手で超電導導体１と冷媒供給管４、冷媒排出管６がそ
れぞれ′電気的に短絡するのを防止するだめのものであ
る。
かれた双成円板コイルを示しており、超電導導体１間相
互はそれぞれ図示しない絶縁物により電気的に絶縁され
ている。４は２気圧以上の高圧冷媒をパルプ５を介して
ヘリウム容器２内の双成円板コイルの一方の円板コイル
に冷媒を供給する加圧冷媒供給管、６は他方の円板コイ
ルからの冷媒′を排出する冷媒排出管である。７は絶縁
継手で超電導導体１と冷媒供給管４、冷媒排出管６がそ
れぞれ′電気的に短絡するのを防止するだめのものであ
る。
々お、ヘリウム容器２−や冷媒供給管４、冷媒排出管６
は図示しない真空断熱容器内に収容されている。コイル
は、やはり図示されていない電流端子により外部の電源
に接続され、冷媒供給管４に供給、冷媒排出管６から排
出する冷奴は図示されないヘリウム冷凍系に接続されて
いる。
は図示しない真空断熱容器内に収容されている。コイル
は、やはり図示されていない電流端子により外部の電源
に接続され、冷媒供給管４に供給、冷媒排出管６から排
出する冷奴は図示されないヘリウム冷凍系に接続されて
いる。
このように構成された従来の強制冷却コイルにおいて、
冷媒の圧力を高め流速を速めることにより、浸漬冷却コ
イルでは得られない熱伝達の向上が期待できるし、超電
導導体内を冷却するため超電導導体外面を密着させてコ
イル全体の剛性を高めることができる々どのメリットが
あり、現在核融合など大形超電導コイルへの適用が検討
されている。しかし、超電導導体内を冷媒が流れること
により発生する圧力損失により冷媒温度が上昇して超電
導特性が劣化するので、多くの並列流路を設は彦りれば
ならない。
冷媒の圧力を高め流速を速めることにより、浸漬冷却コ
イルでは得られない熱伝達の向上が期待できるし、超電
導導体内を冷却するため超電導導体外面を密着させてコ
イル全体の剛性を高めることができる々どのメリットが
あり、現在核融合など大形超電導コイルへの適用が検討
されている。しかし、超電導導体内を冷媒が流れること
により発生する圧力損失により冷媒温度が上昇して超電
導特性が劣化するので、多くの並列流路を設は彦りれば
ならない。
ところが、超電導コイルとしては電・気的に直列に流路
上は並列に接続する必要があり、このため多くの絶縁継
手、管路が錯綜し、これ等の冷媒リーク対策が問題にな
り、信頼性も低下するという欠点がある。まだ圧力損失
が大きいため、室温から極低温までの初期冷却に十分な
冷媒流址がとれず、冷却時間が非常に長くなるというこ
とも大きな欠点である。
上は並列に接続する必要があり、このため多くの絶縁継
手、管路が錯綜し、これ等の冷媒リーク対策が問題にな
り、信頼性も低下するという欠点がある。まだ圧力損失
が大きいため、室温から極低温までの初期冷却に十分な
冷媒流址がとれず、冷却時間が非常に長くなるというこ
とも大きな欠点である。
本発明は従来の浸漬冷却コイルと強制冷却コイルの両方
のメリットを備えだ超電導コイルを提供することを目的
とする； 〔発明の概要〕 本発明は超電導導体を冷媒によって強制的に冷却するも
のにおいて、コイル導体の一端に流入した加圧冷媒を、
コイル導体の他端から流出させ、この流出した低圧冷媒
を、コイル内に流通させるとともにコイル収納容器内に
′入れ、これにより超電導導体の内外面を冷却すること
により、上記目的を達成するものである。
のメリットを備えだ超電導コイルを提供することを目的
とする； 〔発明の概要〕 本発明は超電導導体を冷媒によって強制的に冷却するも
のにおいて、コイル導体の一端に流入した加圧冷媒を、
コイル導体の他端から流出させ、この流出した低圧冷媒
を、コイル内に流通させるとともにコイル収納容器内に
′入れ、これにより超電導導体の内外面を冷却すること
により、上記目的を達成するものである。
以下本発明について第２図を参照して説明する。コイル
収納容器２内に、収納されている超電導導体１との間に
存在する空間３には、大気圧に力い４２°に近くの温度
の飽１１】液体ヘリウム８が満たされており、この液面
は図示しない制御系により一定に保持されるようになっ
ている。
収納容器２内に、収納されている超電導導体１との間に
存在する空間３には、大気圧に力い４２°に近くの温度
の飽１１】液体ヘリウム８が満たされており、この液面
は図示しない制御系により一定に保持されるようになっ
ている。
この場合もＧ１■述１−、た従来例と同様に双成円板コ
イルを示し、２気圧以上の超臨界ヘリウムガスが一方の
円板コイルの外径部より供給され、円板内径側を通って
再び他方の円板の外径部からノズル９を通って前記空間
３に放出され、冷媒排出管６を通って図示しない冷凍系
に戻るようになっている。この場合ノズル９は冷媒を制
限するオリフィスの役目を果たすような絞り機構を必要
に応じて備え、超電導導体１内の圧力を一定の圧力以上
に保持し、ノズル９がら放出されるヘリウムは大気圧に
近い圧力となり、一部はコイル収納容器２内の液体ヘリ
ウム８と混合され、残りは冷媒排出管６より排出される
ようになっている。各双成円板コイルは、絶縁スペーサ
１０によりコイルに働く電磁力を支えると共に液体ヘリ
ウム８にコイル表面が接触するように保持されている。
イルを示し、２気圧以上の超臨界ヘリウムガスが一方の
円板コイルの外径部より供給され、円板内径側を通って
再び他方の円板の外径部からノズル９を通って前記空間
３に放出され、冷媒排出管６を通って図示しない冷凍系
に戻るようになっている。この場合ノズル９は冷媒を制
限するオリフィスの役目を果たすような絞り機構を必要
に応じて備え、超電導導体１内の圧力を一定の圧力以上
に保持し、ノズル９がら放出されるヘリウムは大気圧に
近い圧力となり、一部はコイル収納容器２内の液体ヘリ
ウム８と混合され、残りは冷媒排出管６より排出される
ようになっている。各双成円板コイルは、絶縁スペーサ
１０によりコイルに働く電磁力を支えると共に液体ヘリ
ウム８にコイル表面が接触するように保持されている。
一方、冷媒供給管４の一部を予冷冷媒供給管１２により
分岐し、との予冷冷媒供給管１２の一部に予冷パルプ１
１を設け、予冷冷媒供給管１２の他端を下部側の円板コ
イルに接続し、予冷冷媒供給管１２を通る冷媒例えばヘ
リウムはコイルの導体の外側の空間を通り、冷媒排出管
６に排出されるようになっている。
分岐し、との予冷冷媒供給管１２の一部に予冷パルプ１
１を設け、予冷冷媒供給管１２の他端を下部側の円板コ
イルに接続し、予冷冷媒供給管１２を通る冷媒例えばヘ
リウムはコイルの導体の外側の空間を通り、冷媒排出管
６に排出されるようになっている。
上記のように構成された本発明の超電導コイルでは、加
圧された、例えば圧力６ Ｋｇ／ｃｍ２Ｑ 、温度４．
５°にの超臨界ヘリウムがコイルに供給され、コイルの
発熱分を吸収してもその吸収熱の一部は超電導導体１の
外表面から圧力１気圧程度、温度４２〜４．５°にの飽
和液体ヘリウムの蒸発冷却によって吸収されるので、超
電導導・体１内のヘリウム温度の上昇は少ない。従って
、従来の超電導コイルのようにコイルの一部が超電導状
態が破壊されると、そのときの発熱分を吸収し、温度上
昇したヘリウムガスが流れの下流側の超電導状態の破壊
を連鎖的に引き起こす危険が大幅に減少する。超電導導
体１の流し得る電流値は冷媒温度が１°に上列するだけ
で約１０チ減少−することからすれば、この冷却効果は
大きい。
圧された、例えば圧力６ Ｋｇ／ｃｍ２Ｑ 、温度４．
５°にの超臨界ヘリウムがコイルに供給され、コイルの
発熱分を吸収してもその吸収熱の一部は超電導導体１の
外表面から圧力１気圧程度、温度４２〜４．５°にの飽
和液体ヘリウムの蒸発冷却によって吸収されるので、超
電導導・体１内のヘリウム温度の上昇は少ない。従って
、従来の超電導コイルのようにコイルの一部が超電導状
態が破壊されると、そのときの発熱分を吸収し、温度上
昇したヘリウムガスが流れの下流側の超電導状態の破壊
を連鎖的に引き起こす危険が大幅に減少する。超電導導
体１の流し得る電流値は冷媒温度が１°に上列するだけ
で約１０チ減少−することからすれば、この冷却効果は
大きい。
しかも超電導導体１内のヘリウムガスの圧力はノズル９
のオリフィス作用によって所定の圧力に保たれるから、
超電導導体１内でヘリウムが飽和液となって気液２相流
を発生し、冷却効果の低下と冷却不安定性を生ずること
もなく、優れた冷却特性を保持できる。また冷媒供給管
はコイルを冷却後コイル収納容器２内に放出されるので
、復路の管路が大幅に縮少し、構造が簡単で信頼性も向
上する。
のオリフィス作用によって所定の圧力に保たれるから、
超電導導体１内でヘリウムが飽和液となって気液２相流
を発生し、冷却効果の低下と冷却不安定性を生ずること
もなく、優れた冷却特性を保持できる。また冷媒供給管
はコイルを冷却後コイル収納容器２内に放出されるので
、復路の管路が大幅に縮少し、構造が簡単で信頼性も向
上する。
一方、冷却初期の段階で供給ヘリウムを下部側円板コイ
ルに供給し、超電導導体外表面、コイル収納容器２内面
を冷却できるので、従来の超電導コイルのように導体内
の圧力損失のだめ、初期冷却に多大の時間を浪費するこ
となく、シかも超電導導体内の冷却も並行して行われる
ので、冷却時間を大幅に短縮できる。また予冷冷媒供給
管１２はコイル容器内への液体ナトＩＪウム注入管とも
なる。
ルに供給し、超電導導体外表面、コイル収納容器２内面
を冷却できるので、従来の超電導コイルのように導体内
の圧力損失のだめ、初期冷却に多大の時間を浪費するこ
となく、シかも超電導導体内の冷却も並行して行われる
ので、冷却時間を大幅に短縮できる。また予冷冷媒供給
管１２はコイル容器内への液体ナトＩＪウム注入管とも
なる。
第２図では双成円板コイルの例を示したが、円板外径側
から加圧冷媒が流入しコイル内径側に向って流れるため
、内径に至るまでに周囲の低圧冷媒で冷却されて冷媒温
度が低くなるので、超電導コイルの内径部が最も磁界が
高く、不安定となり易いことを考えれば、冷却上好都合
である。さらに、図のような２枚の円板が絶縁物などで
密着した双生円板コイルでは流入、流出冷媒はあたかも
向流型熱交換器のように作用し、冷媒のコイル内通過時
の温度の均一化に寄与するから超電導状態の安定性に一
層効果的である。
から加圧冷媒が流入しコイル内径側に向って流れるため
、内径に至るまでに周囲の低圧冷媒で冷却されて冷媒温
度が低くなるので、超電導コイルの内径部が最も磁界が
高く、不安定となり易いことを考えれば、冷却上好都合
である。さらに、図のような２枚の円板が絶縁物などで
密着した双生円板コイルでは流入、流出冷媒はあたかも
向流型熱交換器のように作用し、冷媒のコイル内通過時
の温度の均一化に寄与するから超電導状態の安定性に一
層効果的である。
まだ、双成円板の各円板間をどのように密着させるか、
あるいは冷却空間を設けるかは、コイルの発生熱量、冷
却性によって決定されるが、浸漬冷却の場合よりは導体
内部の冷却が加わるだけ冷却性が向上されるから、導体
外面の冷却。
あるいは冷却空間を設けるかは、コイルの発生熱量、冷
却性によって決定されるが、浸漬冷却の場合よりは導体
内部の冷却が加わるだけ冷却性が向上されるから、導体
外面の冷却。
表面を小さく取れる。従って、コイルの電磁力、その他
の外力に対する剛性は浸漬コイルよりも高くすることが
できる。
の外力に対する剛性は浸漬コイルよりも高くすることが
できる。
なお、前述の実施例では双成円板形コイルを例示したが
、コイル巻枠に導体を巻き重ねる層状円筒形のコイルに
ついても同様に適用できることは明らかである。第２図
ではヘリウムを排出するノズル９は、コイル収納容器２
内の−＼リウムガス空間に突出しているが、液中に放出
してもよい。さらに、第２図において、加圧冷媒供給管
４に分岐管１３を並設すれば、浸漬冷却コイルと同様、
コイルの励磁運転時の液体ヘリウム補給も行うことがで
きる。このとき、ヘリウムの液面を上昇させてノズルの
上にもってくれば、導体内にも低圧ヘリウムが入ること
になシ、純然たる浸漬冷却コイルで運転することも可能
となる。ただしこの場合、供給管４の内圧を抜く必要が
ある。強制冷却には発熱の大きいコイル励磁時以外はポ
ンプを停止し、図示されていない真空断熱系の侵入熱を
吸収するのみにすれば省電力型のコイルとなる。
、コイル巻枠に導体を巻き重ねる層状円筒形のコイルに
ついても同様に適用できることは明らかである。第２図
ではヘリウムを排出するノズル９は、コイル収納容器２
内の−＼リウムガス空間に突出しているが、液中に放出
してもよい。さらに、第２図において、加圧冷媒供給管
４に分岐管１３を並設すれば、浸漬冷却コイルと同様、
コイルの励磁運転時の液体ヘリウム補給も行うことがで
きる。このとき、ヘリウムの液面を上昇させてノズルの
上にもってくれば、導体内にも低圧ヘリウムが入ること
になシ、純然たる浸漬冷却コイルで運転することも可能
となる。ただしこの場合、供給管４の内圧を抜く必要が
ある。強制冷却には発熱の大きいコイル励磁時以外はポ
ンプを停止し、図示されていない真空断熱系の侵入熱を
吸収するのみにすれば省電力型のコイルとなる。
以上述べたように本発明によれば従来の浸漬冷却コイル
と従来の強制冷却の両方のメリットすなわち、安定ガ冷
却が行えるとともに構造が比較的簡単で、超電導特性が
劣化するのを防止できる超電導コイルを提供できる。
と従来の強制冷却の両方のメリットすなわち、安定ガ冷
却が行えるとともに構造が比較的簡単で、超電導特性が
劣化するのを防止できる超電導コイルを提供できる。
第１図は従来の強制冷却超電導コイルの概略構成図、第
２図は本発明の強制冷却超電導コイ゛ ルの一実施例を
示す概略構成図である。 １・・・超電導導体、２・・・コイル収納容器、４・・
・加圧冷媒供給管、５・・・低温バルブ、６・・・低圧
冷干 媒排出管、７・・・絶縁継竿、８・・・液体ヘリウム、
１２・・・予冷冷媒供給管。
２図は本発明の強制冷却超電導コイ゛ ルの一実施例を
示す概略構成図である。 １・・・超電導導体、２・・・コイル収納容器、４・・
・加圧冷媒供給管、５・・・低温バルブ、６・・・低圧
冷干 媒排出管、７・・・絶縁継竿、８・・・液体ヘリウム、
１２・・・予冷冷媒供給管。
Claims (1)
- コイル収納容器内に、中空の超電導導体からなるコイル
を収納し、このコイルの一端側の開口部からコイル内部
に加圧冷媒を流入させるとともに、コイルの他端側の開
口部から流出させ、この流出側の低圧冷媒を、前記コイ
ル収納容器内に導き、前記超電導導体の内面および外面
を強制冷却するようにした超電導コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58022402A JPS59150406A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | 超電導コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58022402A JPS59150406A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | 超電導コイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59150406A true JPS59150406A (ja) | 1984-08-28 |
| JPH0467328B2 JPH0467328B2 (ja) | 1992-10-28 |
Family
ID=12081663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58022402A Granted JPS59150406A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | 超電導コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59150406A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596687A (en) * | 1979-01-17 | 1980-07-23 | Hitachi Ltd | Device for cooling superconductive magnet |
-
1983
- 1983-02-14 JP JP58022402A patent/JPS59150406A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5596687A (en) * | 1979-01-17 | 1980-07-23 | Hitachi Ltd | Device for cooling superconductive magnet |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0467328B2 (ja) | 1992-10-28 |
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