JPS606084B2 - 磁界発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超電導コイルを用いたェネルギ蓄積装置、
核融合炉等の大形磁界発生装置に関し、特にクェンチ発
生時の超電導コイルの保護、冷却媒体消費量の減少、再
励磁の簡便さを図った装置に関するものである。

ェネルギ蓄積装置や核融合炉の大形磁界発生装置には超
電導コイルが使用される。

これらの大形磁界発生装置が蓄積する磁気ェネルギはギ
ガ・ジュール（＝１ぴジュール）以上の巨大なものであ
り、製造と運転において多くの工夫が要求される。第１
図は先行技術の大形磁界発生装置の回路図で、１は超電
導コイル、１−１〜１−ｎは超電導コイル１を構成する
要素である部分コイル、２一１〜２−ｎは部分コイルを
それぞれ励磁するための励磁電源、３一１〜３一ｎはス
イッチ、４−１〜４−ｎは保護抵抗で、部分コイル１−
１〜１−ｎはそれぞれ独立せる励磁系で励磁されるよう
に構成したものである。

ところで、超電導コイル１の運転中に一つの部分コイル
ｔ例えば１−１、がクェンチ（元の超電導状態に復帰し
えない超電導破壊）することがある。

第１図の先行技術の大形磁界発生装置においては、クェ
ンチした部分コイル１−１に接続されたスイッチ３−１
を開き、部分コイル１−１に蓄えられた磁気ェネルギの
大部分を急速に保護抵抗４−１に吸収させることができ
、一部の磁気ェネルギのみが冷却媒体中で消費されるの
で、部分コイル１一１の温度上昇は超電導線が損傷する
限界温度（４０側以上）以下に抑えられるという利点を
もっている。この先行技術の大形磁界発生装置のもう一
つの利点は、一つの部分コイル１−１がクェンチして当
該部分コイルの電流が零になっても、他の部分コイル１
−２〜１一ｎにクェンチが伝播しないかぎり、他の部分
コイル１一２〜１−ｎは励磁されたままであり、若干の
磁界減少はあっても運転を継続することが可能なことで
ある。

第２図はさらに他の先行技術の大形磁界発生装置の回路
図で、これは個々の部分コイル１−１〜１−ｍの中点を
接地したものである。

この場合では、部分コイルーー１〜１一ｍのプラス端子
とマイナス端子には、それぞれ、第１図における部分コ
イル１一１のクェンチ時に生ずる端子電圧の半分の電圧
が生ずるのでｔ コイルの絶縁防止がより容易になるこ
と、あるいは、部分コイル数ｍをｎ／２に減ずることが
できるという利点をもっている。先行技術である大形磁
界発生装置の構成要素である超電導コイル１は、例えば
第３図のパンケーキ形超電導コイルである。この超電導
コイル１は、超電導線５をターン間スベーサ７を介して
巻回したパンケーキコィルを複数個、層間スべ−サ８を
介して巻枠６内に積重ねて固定した構成を有し、超電導
線５はターン間・層間の両方ともターン間スベーサ７お
よび層間スベーキ８によって電気的に絶縁され、かつ層
間スベーサ８により、液体ヘリウムなどの冷作媒体が流
される間隙８１が形成される。この間隙８１は超電導線
５の表面に発生した冷却媒体の気泡を逃がすと共に、冷
却媒体を補給するための役割ももつ。第３図のパンケー
キ形超電導コイルにおいて、パンケーキコィル１−１−
１一３が大形磁界発生装置の部分コイルに対応している
。

個々のパンケーキコイル１−１〜１−３にはそれぞれ１
対の電流供給用リード線が付いており、個々のパンケー
キコィル１−１〜１−３は電気的に独立である。この従
来のパンケーキ形超電導コイルを先行技術の大形磁界発
生装置の超伝導コイル１として使用する場合の欠点につ
いて述べる。第３図のパンケーキ形超電導コイル１の一
つのパンケーキコイル１−２がクェンチした場合、当該
パンケ−キコィルの温度が冷却媒体、例えば液体ヘリウ
ム、の温度よりも上昇し、当該パンケ−キコィルに接し
ている冷却媒体は蒸発して気体になる。

蒸発した気体は周囲に時間と共に広がっていき、パンケ
ーキコイルーー２に隣接するパンケーキコィル１−１と
１−３は気体でおおわれ、冷却が不十分になるためパン
ケーキコイル１一１と１−３はクェンチしてしまうこと
が十分有り得る。このように、従来のパンケーキ形超電
導コイルを先行技術の大形磁界発生装置として使用する
場合には、クェンチするのが一つのパンケーキコイルに
とどまらず、他のパンケーキコイルにまで伝播し、冷却
媒体の消費がより多くなると共に全てのパンケーキコィ
ルの励磁が消滅するという欠点を有していた。

この発明は上記のような欠点に鑑みてなされたもので、
大形超電導コイルがクヱンチしたときにそれを破損しな
いように保護すると共に、クェンチをクェンチした部分
コイルのみに限定することによって、冷却媒体の消費を
より少なくし、若干の磁界減少はあっても運転を継続す
ることのできる大形磁界発生装置を提供せんとするもの
である。

第４図はこの発明の一実施例を示す図で、隣接するパン
ケーキコィルの間に仕切板９を設け、各パンケーキコィ
ルはそれぞれ冷却媒体に関して独立な空間を形成してい
る。

図に描いていないが、仕切板９と巻枠６の外周を低温容
器の円筒壁がおおつており、各パンケーキコィルを独立
させている。この仕切板９を設けることによって、パン
ケーキコイル１−２がクェンチして冷却媒体が蒸発した
場合にも隣接するパンケーキコィル１−１と１一３にク
ェンチが伝播するのを防止することができ、冷却媒体の
消費と励磁の消滅をクェンチしたパンケーキコイルのみ
に限定することができる。

この発明における低温容器内の仕切板９は完全な気密性
を有する必要はないが、０．５〜ｌｋ９／淡程度の差圧
に対する気密性を有すると共に、この程度の差圧に耐え
る強度を有することが望ましい。また、仕切板９の材質
は絶縁物、ステンレス鋼、銅などの種類を問わないし、
金属の表面を絶縁処理した複合体でも良い。しかし、交
流磁界中に置かれている超電導コイルにおいては絶縁物
の仕切板を用いることが望ましい。なお、上記の発明は
パンケーキ形超電導コイルについてであったが、この発
明は何もパンケーキ形超電導コイルに限られるものでは
ない。

第５図はこの発明の他の実施例を示す図で、超電導線５
をターン間スベーサ７を介して巻回したソレノイドコイ
ル複数個１−１〜１−４を低温容器１０１こ収納したソ
レノイド形超電導コイルであり、部分コイルであるソレ
ノィドコィル１一１〜１一４それぞれの間に仕切板９を
設けている。

個々のソレノイドコィルは電流供給用リード線１１を介
してそれぞれ独立に励磁される。なお、第５図において
巻枠、層間スベーサを図示していない。第４図と第５図
のこの発明においては、部分コイルとしてパンケーキコ
イル１個およびソレノイドコィル１個をそれぞれ採用し
ているが、パンケーキコィル複数個およびソレノイドコ
ィル複数個をそれぞれ部分コイルとしてもよい。

以上詳述したように、この発明は、超電導コイルを構成
する複数個の部分コイル間に仕切板を設け、各部分コイ
ルをそれぞれ独立に励磁する大形磁界発生装置に関する
発明で、ある部分コイルに発生したクェンチが他の部分
コイルに伝播することを防止し、クェンチ時のェネルギ
消費の減少をもたらし、若干の磁界減少はあっても運転
を継続させる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ先行技術の大形磁界発生装
置の回路図、第３図は従来のパンケーキ形超電導コイル
の一部彼断斜視図、第４図はこの発明のパンケーキ形超
電導コイルの一部破断斜視図、第５図はこの発明の他の
実施例であるソレノィド形超電導コイルの断面図である
。 図において、１は超電導コイル、１一１〜１一ｎは部分
コイル、２一１〜２一ｎは励磁電源、３−１〜３一ｎは
スイッチ、４−１〜４一ｎは保護抵抗、５は超電導線、
９は仕切板、１０は低温容器である。 なお、図中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分を
示す。・第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導線を巻回した複数個の部分コイル、上記複数
   個の部分コイル間に設けられた仕切板、上記部分コイル
   複数個が低温容器内で組立てられた超電導コイル、上記
   部分コイルにそれぞれ並列に接続された抵抗、上記部分
   コイルと抵抗との並列体にそれぞれスイツチを介して給
   電する励磁電線を備えたことを特徴とする磁界発生装置
   。 ２ 各部分コイルの中点を接地したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の磁界発生装置。