JPS5966176A

JPS5966176A - 超電導装置

Info

Publication number: JPS5966176A
Application number: JP57176219A
Authority: JP
Inventors: Katsuzo Aihara; 勝蔵相原; Hiroshi Kimura; 浩木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1984-04-14

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超電導装置に係り、特に超流動ヘリウムを超電
導コイルの冷媒とした超電導装置に関する。

一般に超電導コイルを用いる超電導装置では強磁界が得
られることが知られている。従来から、この超電導コイ
ルの冷媒としては、１気圧で４．２にの常流動ヘリウム
が最も一般に用いられている。

常流動ヘリウムを減圧して行くと、圧力の低下とともに
温度が低下し、約０．０５気圧、２．１９Ｋにて超流動
状態になる。この超流動ヘリウムの熱的性質は常流動ヘ
リウムに比べて極めて優れておシ、また、低温にするこ
とから超電導線の臨界−坑流が上昇するので、超流動ヘ
リウムを超電導コイルの冷媒に用いると、より高磁界を
得るのに有利である。

ところで、超電導コイルでは、運転中に何らかの外乱で
超電導性が破壊されるような状態に陥ることのないよう
、安定性を確保する必要がある。

時に蓄積エネルギーの大きなコイルはど安定性が重要で
あり、一般には、完全安定化の手法が取ら汎ている。こ
の完全安定化の手法とは、万−何らかの外乱（′こより
、超電導コイルの一部が常電導状態（コなったとしても
、すみやかに超電導状態に復帰するような手法であり、
常電導部分による抵抗発熱よりも、液体ヘリウム中への
放熱による冷却性が胚る状態にする手法である。この方
法を取る場合には、超電導コイル捲線内部に冷却流路を
設け、超電導導体表面を液体ヘリウム中に露出させる必
要がある。当然のことながら、超電導導体の液体ヘリウ
ムへの露出表面積が大きいほど安定性は良好となるが、
反面、コイルの電流密度が低下し、高磁界を発生するの
が困難となる。従って、冷却流路断面積は必要最小限に
抑える必要がある。

超電導導体表面から常流動ヘリウム中への熱流束はたか
だかＩ　Ｗ　／　ｃｍ　２であるのに対し、超流動ヘリ
ウム中への熱流束はその数倍の値を示す。しかし、細管
として冷却流路か構成されている場合、冷却流路内で温
度勾配か出来、発熱部分での温ＩＷが上招し、超流動状
態が破れてしまい、人きな熱流束が確保できない。＝＋
＋肯の場合のこの限界熱流束は、細管の断面積が犬さい
はとあるいは、細管が旬かいほど大きな値を示すが、コ
イルの′直流孔就と裏腹の１）Ｉ−ｊ係にある。つ１す
、高磁界をイ４ようとしてコイルの’ｉｊ４．流密度を
大密度とると、冷却流路が魯細になり超電導コイルの安
定性が不十分となり、逆に、冷却流路を十分に確保する
と、コイル′小、流臨度か小さくなシ発生磁界が制限さ
れることに万る。

従来、このような欠点無くした超電導装置が考案されて
いる。その−例が中空超電導導体を捲回し、流体ヘリウ
ムを強制循環させる方式の超電導装置であるか、この場
合には中空超′亀導導体の製造技術、長尺にわたって配
省内の気密保持、高圧の循環ポンプ等に難点があった。

壕だ他の例としては、第１図にボす超１Ｌ導マグネット
装置がある（％開昭５２〜６４９０号公報）。校区に示
す如く、容器３の中に冷却流路４を有するＳｔ導ココイ
ル８収納され、循環ポンプ５により冷媒２を循環させ、
冷却流路４　Ｋ冷奴の流れ７を生せしめること（・′こ
より、起電・、・Ｌマグネットの安定性を向上させたも
のでｆ）　７つしかし、この方式においても、循環ポン
プ５を１史用するので、高価でありまた、循環ポンプ５
と谷、！ｔ３間の配管構造が複雑になる欠点を有してい
た。

本発明は上述の点に鑑み成されたものて′、その目的は
、上記した欠点を無くシ、安定性の艮好な高磁界を発生
する超電導装置を提供するにある。

本発明は、超流動ヘリウム容器と、該超流動ヘリウム容
器内に配置され、かつ、冷却流路を有する超電導コイル
とからなる超電導装置において、前記超流動ヘリウム容
器内に攪拌装置ケ装置し、該攪拌装置で前記冷却流路内
の超流動ヘリウムに流れを生じさせることにより所期の
目的を達成するように成したものである。

即ち、冷却流路内の超流動ヘリウムに流れを生しさせる
ことと流路内に生じる温度勾配が少なくなり、限界熱流
束を確保でき、よって超電導コイルの安定性を増大させ
ることができるのである。

以下、図１ｎｉの実施例に基ついて本発明を説明する。

尚、イ日号は従来と同一のものは同ね号を使用する。

ｖ、２図は本発明による一夫施例である。基本的には、
超流動ヘリウム容器３、超電導コイル８、攪拌装Ｗ９と
からなる。容器３内の液体ヘリウムは熱交換器１０によ
って冷却され、いわゆる加圧超流動状態にある。超電導
コイル８は、いわゆる円形パンケーキ捲線されたパンケ
ーキコイル１が多層に積層され、各々のパンケーキコイ
ル間にはスペーサーを放射状に配列し、冷却流路４が構
成されて゛いる。この積層されたパンケーキコイルは、
円筒１１及びフランジ１２にて固定がなされ、円筒１１
には冷却流路４に見合った流通孔が形成されている。従
って攪拌装置９を作動ネゼると、容器３内の超流動ヘリ
ウム２に電流が生じ、渦流に引込まれる形で冷却流路４
に超流動ヘリウムの流れ７が生ずる。

本実施例において、超電導コイル８０寸法は、捲線内径
５０Ｍ１捲線外径１７０間、捲線高さ１１９ｍｍ、全捲
数１４４０ターンであった。使用した超電導線はフラッ
ト絶縁された幅４ｗ１Ｉ厚さ１謳の平角断面形状を有し
、無敗素鋼中に３０μｍ直径のＨｂ−’ｐｉルミ超電導
フィラメント１００本埋込１れた偽造を持っている。コ
イル捲線はタブルバノケーキ罹線され、パンケーキ間の
スペーサーには幅３腋厚さ１咽のＦＲＰを使用し、放射
状に配置した。また、超電導コイルの安定性評価を行う
目的で、コイル捲線中央部に長さ１０ｃｍの箔状ヒータ
を電気絶縁を介して捲き込んだ。

励磁試験を行った結果、１．８．に、　　１気圧の超流
動ヘリウムを冷媒に使用したとき、通電電流９０７Ａで
１０．２テスラの磁界を発生した。この時、攪拌装置は
動作させなかった。ついで、安定性試験を行った。この
時通％電流を８００Ａに保持し、箔状ヒータの電力を卑
・大していった時、超電導コイルがクエンチするヒータ
電力の大きさを調べた。

攪拌装置台を動作させなかった時、０．５Ｗの電力で超
電導コイルはクエンチしたが、攪拌装置を動作させた時
には１．５Ｗと３倍大きな値を示した。

なお本実施例にて用いた攪拌装置９は長さ５０陥、幅１
０ｍｍの羽根２枚が、容器３を頁通し上部の常流動ヘリ
ウム槽を経て外部の小型モータに接続された軸に固定さ
れた簡単な構造である。

従って、本実施例により、本発明の効果が示された。

つぎに本発明の変形例について示す。

第３図は、超電導コイル８がいわゆるソレノイドレヤー
捲きの場合で、この時、冷却流路４は、コイル軸と平行
に設けられる。従って、フランジ１２に流通孔が形成さ
れ　ｂＱ拌器９を作動させると冷却流路４に上から下へ
超流動ヘリウムの流れ７が生じ、超電導コイルの安定性
が向上する。なお仕切９板１５は超流動ヘリウムの流れ
７をさらに効果的に生せしめるために配置されている。

以上実施例を含めて本発明を説明したが、超流動ヘリウ
ムを冷媒とすることから、冷媒中に気泡の発生が無い特
徴を有しており、冷却流路内の流れの方向にこだわる必
要が無い。従って上記実施例では攪拌装置を超電導コイ
ルの上部に配置したが、下部あるいは側部に配置しても
同様の効果がある。

以上の説明から、本発明によれは、安定性の優ｆ上だ高
磁界を発生する超電導装置が得られることが明らかであ
る。別な表現をすれば、安定な高磁界を発生する超電導
装置を得るとき、本発明を用いればコイル電流密度を上
昇させることができ、従来の超電導装置に比し、小型化
でき、さらに装置の構造が簡単で経済的効果も犬である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導装置を示す概略断面図、第２図は
本発明の一実施例を示す概略断面図、第３図は本発明の
変形例ケ示す概略断面図である。１・・・コイル捲線、２・・・冷媒、３・・・容器、４
・・・冷却流路、５・・・循環ポンプ、６・・・冷媒の
主流、７・・・冷却流路での冷媒の流れ、８・・・超電
導コイル、９・・・攪拌装置、１０・・・熱交換器、１
１・・・円筒、１２・・・フランジ、１３・・・ヘリウ
ム供給弁、１４・・・安全弁、１５・・・仕切り板。

Claims

【特許請求の範囲】

１、超流動ヘリウム容器と、該超流動ヘリウム容器内に
配置され、かつ、冷却流路を有する超電導コイルとから
なる超電導装置において、該超流動ヘリウム容器内に攪
拌装置を配置し、該攪拌装置で前記冷却流路内の超流動
ヘリウムに流れを生じさせたことを特徴とする超電導装
置。