JPS6217472B2 - - Google Patents
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- JPS6217472B2 JPS6217472B2 JP53112154A JP11215478A JPS6217472B2 JP S6217472 B2 JPS6217472 B2 JP S6217472B2 JP 53112154 A JP53112154 A JP 53112154A JP 11215478 A JP11215478 A JP 11215478A JP S6217472 B2 JPS6217472 B2 JP S6217472B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
- H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
-
- 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
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- Y10S505/877—Rotary dynamoelectric type
- Y10S505/878—Rotary dynamoelectric type with cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は一体的に回転する少なくとも１個の低
温シールドによつて取囲まれた超電導界磁巻線
と、外方から供給される混合冷媒を収容しかつ一
体回転する混合室を備え、該混合室から界磁巻線
の冷却のための第１の液状冷媒と、低温シールド
の冷却のための少なくとも一部が気化した第２の
冷媒流とを取り出し、界磁巻線を通して導かれた
第１の冷媒流が混合室内に還流し、低温シールド
を通して導かれた第２の冷媒流が超電導回転子よ
り導出するようにした超電導回転子の冷却装置に
関する。 〔従来の技術〕 かかる冷却装置をもつターボ発電機は報告書
「EPRI TD−255、Project672−１、Final
Report」1976年８月標題「大型同期機における
超電導導体」45〜48頁から公知である。この場合
冷却のために必要とされる冷媒は、液状かつ低圧
で、外の冷凍機から回転カツプリングを介して回
転子軸の中央部に供給され、軸近傍に設けた混合
室内の導かれる。冷媒の混合室への導入部はジユ
ールトムソン膨張装置として構成され、従つて混
合室内に気液２相の混合相が形成される。この気
液２相混合相に回転によつて作用する遠心力によ
り、気液の比重差のために冷媒蒸気は軸近傍に、
冷媒液は軸から離れた混合室の領域に寄せられ
る。第１の冷媒流は混合室から液状で一方の半径
方向の冷却溝を介して超電導界磁巻線が配置され
ている冷媒浴中に輸送される。冷媒浴中において
は巻線の熱負荷が冷媒に与えられ、他方の半径方
向溝を介して混合室内に再び還流される。その際
一緒に運ばれた熱量は部分的に冷媒を蒸発せしめ
る。低温シールドの冷却のためには、混合室の軸
線近傍領域から排出された冷媒蒸気でなる第２の
冷媒流があてられる。この低温シールドは一般に
界磁巻線とこれを取囲み電機の固定子巻線との間
で巻線と一体回転するダンパーシールドの役目を
する。第２の冷媒流は低温シールドと熱良導的に
接続された冷却溝を通つて低温シールドを冷却し
た後に回転子軸近傍の回転カツプリングを介して
出てゆき、冷凍機に還流される。第１、第２の冷
媒流の流動に必要なポンプ作用はいわゆる自己ポ
ンプ効果によつて得られる。即ち下記によりポン
プ圧力を生ずる。半径方向外方に向かつて形成さ
れた溝内における冷媒は、遠心力作用で加速さ
れ、界磁巻線ないし低温シールドに輸送される。
この冷媒は超電導回転機内部で生じた熱負荷もし
くは外方からの熱侵入によつて温度上昇するの
で、対応して比重量は減少する。そこで冷媒の出
口部と入口部との間では軸近傍に冷媒を還流する
のに十分な圧力差を生ずるのである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで公知の機械においては、擾乱例えば非
対称負荷もしくは短絡の如き突発的負荷変動を発
生して、ダンパー損失熱が飛躍的に増大した場
合、この損失熱の除去のために用いられる第２の
冷媒流は、混合室の軸線近傍領域から排出される
冷媒蒸気のみであるので、ダンパーシールドの役
目をする低温シールドの許容できない温度上昇を
回避するに当たつて冷媒流量が甚だ小さすぎる問
題があり、この場合低温シールドの温度上昇によ
つてシールド効果が減じ超電導界磁巻線上に渦電
流が発生して、界磁巻線を著しく加熱する危惧が
ある。 それ故本発明の課題は、かかる危惧の全くない
超電導回転子の冷却装置を提供することにある。
特に擾乱が生じても全ての回転子部の最適の冷却
が確実に保証され、特に低温シールドの冷却のた
めの第２の冷媒流の流量が低温シールドで生じた
変動熱負荷に比較的高速で適応しうるようにしよ
うとするところにある。その際、回転子の冷却の
ために超電導回転機の外部に設けるべき冷凍機が
過大にならないようにし、また回転カツプリング
の数の増加もなしに実現する必要がある。 〔問題点を解決するための手段〕 前記課題を解決するために本発明は、先に述べ
た種類の冷却装置において、界磁巻線を貫流した
後の第１の冷媒流から取り出した部分流と第２の
冷媒流との混合が行われるようにし、取り出した
前記第１の冷媒の部分流のための接続導管には絞
り部を設けるものである。 〔作 用〕 上記の技術的手段は次のように作用する。低温
シールドの熱負荷が定常状態から増加すると、低
温シールド部冷媒の温度上昇により冷媒密度が減
少し、起因する遠心圧力の減少に伴い絞り部後流
側の圧力が減少する。その為に絞り部を流れる第
１の冷媒の部分流の流量が増加する。第１の冷媒
はエンタルピーが小さく大きな冷却能力いわゆる
保有寒冷をもつので、これにより熱負荷の増大に
対し速やかに応答する。また絞り部でのジユール
トムソン効果による寒冷の発生により冷却能力は
さらに増大する。上記の如き原理により、本発明
は低温シールドにおける変動熱負荷に対する冷却
能力の適格な追従を実現することができる。また
本発明における冷却装置は、公知の一体回転する
混合室があつて熱変動に応じうる冷媒容量を備え
ているので、必要な外部の冷凍機の冷媒流量は公
知の冷却装置と同程度に小さくしうる。また回転
子内へ又は回転子外への冷媒の供給又は排出のた
めには、夫々ただ１個の回転カツプリングしか必
要でなく、この点も公知の冷却装置に対しデメリ
ツトを生ずるものではない。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図に基づいて詳細に説
明する。 第１図には、回転電機、特にターボ発電機の回
転子を通る冷媒の貫流部が図示されている。図に
おいては、対称な冷却装置の上半分のみが断面で
示されている。個々の冷媒の流れ方向は、夫々の
矢印によつて方向づけられている。電機の冷却す
べき回転部分は、この部分への外部からの熱侵入
を制限するために真空断熱されている。そのため
に必要な真空容器は一点鎖線２によつて表され
る。電機の回転子本体３は軸４の周りに同心的に
支承され、例えばその外側もしくは内側で溝内に
配置された界磁巻線５を収容する。巻線５の導体
は超電導材料でなり、冷媒としてヘリウムが用い
られる。Ａで示す冷媒は液状であり、図示しない
冷凍機から供給され、回転カツプリング６を介し
て回転子内に導入される。かかる回転カツプリン
グ６を介して冷媒Ａは固定側から回転する機械部
分に受渡しされる。かくして冷媒Ａは、回転子内
の中心部に設けられた供給導管７を介して回転子
本体３の内方に配置された混合室８に導かれ、そ
の際膨張し、一部は気化する。この回転子本体３
内に前述の如く配置された混合室８内における冷
媒は液相A0と気相B0との混合相を呈する。しか
しながら回転による遠心力作用で、相分離が生
じ、重い液相冷媒A0は回転軸４の長手方向に沿
つて位置する冷媒B0の周りに同心的に隣接す
る。混合室８内において冷媒Ａの供給部と対向位
置する回転子本体３の端面側９には混合室の外周
において少なくとも１本の半径方向に走行する冷
媒供給導管１０が接続され、この導管１０を介し
て第１の冷媒流A1が液状冷媒として超電導界磁
巻線５に供給される。図には詳細には表していな
い界磁巻線５には、軸方向に走行する冷却溝が貫
通形成されており、そのため冷媒流A1は回転子
本体３の対向端面側１１において巻線から再び出
てゆく。そこで少なくとも１本の半径方向に走行
する排出導管１２を介して第１の冷媒流A1の部
分流A3が、再び混合室８内に還流される。 超電導界磁巻線の冷却のためのかかる冷媒の循
環作用はいわゆる自己ポンプ効果によつてなされ
る。即ち回転による遠心力に基づいて、まず半径
方向の冷媒供給導管１０内の冷媒A1が外向きに
加速され、そこで超電導界磁巻線５内の溝に押し
付けられる。従つて冷媒は巻線内に生じる熱負荷
により温度上昇する。それと共に冷媒A1の比重
量の減少により圧力降下を惹起し、そのため半径
方向に走行する排出導管１２を介して混合室８内
に再び冷媒が還流しうる。混合室８が回転子本体
３の端面側９に行くにつれて円錐状に拡大し、こ
の混合室８に冷媒供給導管１０が接続され、混合
室の液体冷媒の圧力が端部に向かうにつれて対応
して高くなるので、液状冷媒の冷媒供給導管１０
内への供給度が更に向上する。又かかる手段によ
つて混合室８内における混合相の相分離も簡単化
される。混合室８内への冷媒の還流は次のことに
よつて助勢される。即ち冷媒Ａが外部の冷凍機を
出て混合室に至る間に通る中心の冷媒供給導管７
の端部は噴射ノズル１３を形成し、その結果冷媒
Ａはこの導管７から高流速で混合室内に出て行く
ことにより、いわゆる噴射ポンプ効果により助勢
される。噴射ポンプの原理によつて出て行く冷媒
噴射により生ずる低圧は排出導管１２内に還流さ
れる冷媒流A1ないしA3を吸込むために利用され
る。従つてこの排出導管１２に端部は前記噴射ノ
ズル１３を構成する冷媒供給導管７の先端部を取
囲んで形成され、冷媒の噴射に伴つて第１の冷媒
流を混合室内へ吸引還流するための吸込み溝１４
として構成される。 軸近傍領域の混合室８内のガス状冷媒B0は部
分的には界磁巻線５を同心的に取囲む低温シール
ド１５の冷却のために利用される。この図に部分
的にしか示されない低温シールドは、一般にダン
パーシールドもしくはダンパー巻線としての機能
をもち、回転子に近接してこれを取囲む固定子か
ら生じ一体的に回転する真空容器２を通る反作用
磁界を、界磁巻線５の超電導導体に対して許容さ
れる値にまで減少させる。回転子３の端面側９に
おいては、軸近傍部で、混合室８からの冷媒蒸気
でなる第２の冷媒流B1が取り出され、少なくと
も１本の半径方向に配置された供給導管１６を介
して冷却溝１７内に導かれ、この冷却溝１７は低
温シールド１５と熱良導的に接続され、軸方向に
走行する。回転子本体３の他の端面側１１に向い
た低温シールド１５の対向端においては、第２の
冷媒流が、再度少なくとも１本の半径方向に走行
する冷媒排出導管１８内に導かれ、そして軸近傍
において、回転する機械部分の他の回転カツプリ
ング１９を介して、図示しない冷凍機に配管され
た固定ガス導管２０内に導入される。図には更に
回転カツプリング２１が示され、これによつて回
転カツプリング部１９において生じた漏洩損失は
ガス状ヘリウムとして捕獲され、ガス導管２０内
に供給されうる。 低温シールド１５の冷却のための第２の冷媒流
のこの流動は自己ポンプ効果に基づいて行われ
る。 低温シールド１５に突発的に生ずる付加的な熱
負荷、例えば短絡もしくは非対称負荷の際の擾乱
で生ずるような負荷熱を排出するために、本発明
による冷却装置においては低温シールドの冷却の
ための冷媒循環回路内にガス状冷媒を付加的に供
給できるようにすることが提案される。この付加
的に供給される冷媒は超電導界磁巻線５の冷却の
ための第１の冷媒流の循還回路から取出される。
この循環回路内の分岐部２３は第１の冷媒流A1
の排出導管１２内に設けられていると好都合であ
る。この分岐部から第１の冷媒流A1の一部が接
続導管２４内に排出される。かかる液状冷媒の部
分流はA2で示されている。第１の冷媒流A1につ
いてさらに言及すれば、図示はしないが、室温と
極低温との間にあつて超電導界磁コイルに接続さ
れる電流接続リードの冷却のために、第１の冷媒
の部分流が別途用いられることは適宜なしうる。
ところで、前記接続導管２４は第２の冷媒流B1
の冷媒供給導管１６内において低温シールド１５
における冷却溝１７の入口前方に連通開口してい
る。この入口開口部は供給導管１６内で２５で表
されている。接続導管２４内には絞り部２６が設
けられ、この絞り部２６によつて超電導界磁巻線
５に対する循環回路から出た未だ液状の冷媒流
A2が膨張し、それによつて気化する。このよう
にして得られた部分流の冷媒蒸気はB2で表わさ
れている。第２の冷媒流B1内に供給された部分
流B2の流量は絞り部２６によつて調整しうる。
一体化された冷媒流B1，B2は図ではB3で表され
ている。 次に絞り部２６を設けることにより低温シール
ド１５で生じた変動熱負荷に追従して部分流B2
の流量が増大する因果関係を以下に具体的に説明
する。低温シールド１５で熱負荷が増加するとま
ず冷媒B3の温度が上昇する。それに伴い排出導
管１８中のガスの密度ρが減少する。密度ρが減
少すると第１図ｐ〜ｑ間の遠心圧力の減少によつ
てＰ点の圧力が減少する。それに伴い点ｎ，ｊ，
ｍの圧力が減少するので絞り部２６を流れる部分
流B2の流量が増大する。これにより低温シール
ドの冷却能力が増大する。特に絞り部を貫流する
第１の冷媒は第２の冷媒に比べエンタルピーが小
さく、大きな保有寒冷をもつもので、熱負荷の増
大に伴う冷却応答が速やかである。さらに絞り部
でのジユールトムソン効果による寒冷の発生によ
り冷却能力はさらに増大する。 〔発明の効果〕 本発明によれば、界磁巻線を貫流した後の第１
の冷媒流から取り出した部分流を、絞りを介して
低温シールドの冷却に寄与せしめたので、低温シ
ールドで生じた変動熱負荷に対し比較的高速で冷
却応答し得るようになり、これによつて低温シー
ルドの温度上昇に伴うシールド効果の減少、ひい
ては界磁巻線の加熱の問題を解消し得る効果を奏
する。
温シールドによつて取囲まれた超電導界磁巻線
と、外方から供給される混合冷媒を収容しかつ一
体回転する混合室を備え、該混合室から界磁巻線
の冷却のための第１の液状冷媒と、低温シールド
の冷却のための少なくとも一部が気化した第２の
冷媒流とを取り出し、界磁巻線を通して導かれた
第１の冷媒流が混合室内に還流し、低温シールド
を通して導かれた第２の冷媒流が超電導回転子よ
り導出するようにした超電導回転子の冷却装置に
関する。 〔従来の技術〕 かかる冷却装置をもつターボ発電機は報告書
「EPRI TD−255、Project672−１、Final
Report」1976年８月標題「大型同期機における
超電導導体」45〜48頁から公知である。この場合
冷却のために必要とされる冷媒は、液状かつ低圧
で、外の冷凍機から回転カツプリングを介して回
転子軸の中央部に供給され、軸近傍に設けた混合
室内の導かれる。冷媒の混合室への導入部はジユ
ールトムソン膨張装置として構成され、従つて混
合室内に気液２相の混合相が形成される。この気
液２相混合相に回転によつて作用する遠心力によ
り、気液の比重差のために冷媒蒸気は軸近傍に、
冷媒液は軸から離れた混合室の領域に寄せられ
る。第１の冷媒流は混合室から液状で一方の半径
方向の冷却溝を介して超電導界磁巻線が配置され
ている冷媒浴中に輸送される。冷媒浴中において
は巻線の熱負荷が冷媒に与えられ、他方の半径方
向溝を介して混合室内に再び還流される。その際
一緒に運ばれた熱量は部分的に冷媒を蒸発せしめ
る。低温シールドの冷却のためには、混合室の軸
線近傍領域から排出された冷媒蒸気でなる第２の
冷媒流があてられる。この低温シールドは一般に
界磁巻線とこれを取囲み電機の固定子巻線との間
で巻線と一体回転するダンパーシールドの役目を
する。第２の冷媒流は低温シールドと熱良導的に
接続された冷却溝を通つて低温シールドを冷却し
た後に回転子軸近傍の回転カツプリングを介して
出てゆき、冷凍機に還流される。第１、第２の冷
媒流の流動に必要なポンプ作用はいわゆる自己ポ
ンプ効果によつて得られる。即ち下記によりポン
プ圧力を生ずる。半径方向外方に向かつて形成さ
れた溝内における冷媒は、遠心力作用で加速さ
れ、界磁巻線ないし低温シールドに輸送される。
この冷媒は超電導回転機内部で生じた熱負荷もし
くは外方からの熱侵入によつて温度上昇するの
で、対応して比重量は減少する。そこで冷媒の出
口部と入口部との間では軸近傍に冷媒を還流する
のに十分な圧力差を生ずるのである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで公知の機械においては、擾乱例えば非
対称負荷もしくは短絡の如き突発的負荷変動を発
生して、ダンパー損失熱が飛躍的に増大した場
合、この損失熱の除去のために用いられる第２の
冷媒流は、混合室の軸線近傍領域から排出される
冷媒蒸気のみであるので、ダンパーシールドの役
目をする低温シールドの許容できない温度上昇を
回避するに当たつて冷媒流量が甚だ小さすぎる問
題があり、この場合低温シールドの温度上昇によ
つてシールド効果が減じ超電導界磁巻線上に渦電
流が発生して、界磁巻線を著しく加熱する危惧が
ある。 それ故本発明の課題は、かかる危惧の全くない
超電導回転子の冷却装置を提供することにある。
特に擾乱が生じても全ての回転子部の最適の冷却
が確実に保証され、特に低温シールドの冷却のた
めの第２の冷媒流の流量が低温シールドで生じた
変動熱負荷に比較的高速で適応しうるようにしよ
うとするところにある。その際、回転子の冷却の
ために超電導回転機の外部に設けるべき冷凍機が
過大にならないようにし、また回転カツプリング
の数の増加もなしに実現する必要がある。 〔問題点を解決するための手段〕 前記課題を解決するために本発明は、先に述べ
た種類の冷却装置において、界磁巻線を貫流した
後の第１の冷媒流から取り出した部分流と第２の
冷媒流との混合が行われるようにし、取り出した
前記第１の冷媒の部分流のための接続導管には絞
り部を設けるものである。 〔作 用〕 上記の技術的手段は次のように作用する。低温
シールドの熱負荷が定常状態から増加すると、低
温シールド部冷媒の温度上昇により冷媒密度が減
少し、起因する遠心圧力の減少に伴い絞り部後流
側の圧力が減少する。その為に絞り部を流れる第
１の冷媒の部分流の流量が増加する。第１の冷媒
はエンタルピーが小さく大きな冷却能力いわゆる
保有寒冷をもつので、これにより熱負荷の増大に
対し速やかに応答する。また絞り部でのジユール
トムソン効果による寒冷の発生により冷却能力は
さらに増大する。上記の如き原理により、本発明
は低温シールドにおける変動熱負荷に対する冷却
能力の適格な追従を実現することができる。また
本発明における冷却装置は、公知の一体回転する
混合室があつて熱変動に応じうる冷媒容量を備え
ているので、必要な外部の冷凍機の冷媒流量は公
知の冷却装置と同程度に小さくしうる。また回転
子内へ又は回転子外への冷媒の供給又は排出のた
めには、夫々ただ１個の回転カツプリングしか必
要でなく、この点も公知の冷却装置に対しデメリ
ツトを生ずるものではない。 〔実施例〕 以下に本発明の実施例を図に基づいて詳細に説
明する。 第１図には、回転電機、特にターボ発電機の回
転子を通る冷媒の貫流部が図示されている。図に
おいては、対称な冷却装置の上半分のみが断面で
示されている。個々の冷媒の流れ方向は、夫々の
矢印によつて方向づけられている。電機の冷却す
べき回転部分は、この部分への外部からの熱侵入
を制限するために真空断熱されている。そのため
に必要な真空容器は一点鎖線２によつて表され
る。電機の回転子本体３は軸４の周りに同心的に
支承され、例えばその外側もしくは内側で溝内に
配置された界磁巻線５を収容する。巻線５の導体
は超電導材料でなり、冷媒としてヘリウムが用い
られる。Ａで示す冷媒は液状であり、図示しない
冷凍機から供給され、回転カツプリング６を介し
て回転子内に導入される。かかる回転カツプリン
グ６を介して冷媒Ａは固定側から回転する機械部
分に受渡しされる。かくして冷媒Ａは、回転子内
の中心部に設けられた供給導管７を介して回転子
本体３の内方に配置された混合室８に導かれ、そ
の際膨張し、一部は気化する。この回転子本体３
内に前述の如く配置された混合室８内における冷
媒は液相A0と気相B0との混合相を呈する。しか
しながら回転による遠心力作用で、相分離が生
じ、重い液相冷媒A0は回転軸４の長手方向に沿
つて位置する冷媒B0の周りに同心的に隣接す
る。混合室８内において冷媒Ａの供給部と対向位
置する回転子本体３の端面側９には混合室の外周
において少なくとも１本の半径方向に走行する冷
媒供給導管１０が接続され、この導管１０を介し
て第１の冷媒流A1が液状冷媒として超電導界磁
巻線５に供給される。図には詳細には表していな
い界磁巻線５には、軸方向に走行する冷却溝が貫
通形成されており、そのため冷媒流A1は回転子
本体３の対向端面側１１において巻線から再び出
てゆく。そこで少なくとも１本の半径方向に走行
する排出導管１２を介して第１の冷媒流A1の部
分流A3が、再び混合室８内に還流される。 超電導界磁巻線の冷却のためのかかる冷媒の循
環作用はいわゆる自己ポンプ効果によつてなされ
る。即ち回転による遠心力に基づいて、まず半径
方向の冷媒供給導管１０内の冷媒A1が外向きに
加速され、そこで超電導界磁巻線５内の溝に押し
付けられる。従つて冷媒は巻線内に生じる熱負荷
により温度上昇する。それと共に冷媒A1の比重
量の減少により圧力降下を惹起し、そのため半径
方向に走行する排出導管１２を介して混合室８内
に再び冷媒が還流しうる。混合室８が回転子本体
３の端面側９に行くにつれて円錐状に拡大し、こ
の混合室８に冷媒供給導管１０が接続され、混合
室の液体冷媒の圧力が端部に向かうにつれて対応
して高くなるので、液状冷媒の冷媒供給導管１０
内への供給度が更に向上する。又かかる手段によ
つて混合室８内における混合相の相分離も簡単化
される。混合室８内への冷媒の還流は次のことに
よつて助勢される。即ち冷媒Ａが外部の冷凍機を
出て混合室に至る間に通る中心の冷媒供給導管７
の端部は噴射ノズル１３を形成し、その結果冷媒
Ａはこの導管７から高流速で混合室内に出て行く
ことにより、いわゆる噴射ポンプ効果により助勢
される。噴射ポンプの原理によつて出て行く冷媒
噴射により生ずる低圧は排出導管１２内に還流さ
れる冷媒流A1ないしA3を吸込むために利用され
る。従つてこの排出導管１２に端部は前記噴射ノ
ズル１３を構成する冷媒供給導管７の先端部を取
囲んで形成され、冷媒の噴射に伴つて第１の冷媒
流を混合室内へ吸引還流するための吸込み溝１４
として構成される。 軸近傍領域の混合室８内のガス状冷媒B0は部
分的には界磁巻線５を同心的に取囲む低温シール
ド１５の冷却のために利用される。この図に部分
的にしか示されない低温シールドは、一般にダン
パーシールドもしくはダンパー巻線としての機能
をもち、回転子に近接してこれを取囲む固定子か
ら生じ一体的に回転する真空容器２を通る反作用
磁界を、界磁巻線５の超電導導体に対して許容さ
れる値にまで減少させる。回転子３の端面側９に
おいては、軸近傍部で、混合室８からの冷媒蒸気
でなる第２の冷媒流B1が取り出され、少なくと
も１本の半径方向に配置された供給導管１６を介
して冷却溝１７内に導かれ、この冷却溝１７は低
温シールド１５と熱良導的に接続され、軸方向に
走行する。回転子本体３の他の端面側１１に向い
た低温シールド１５の対向端においては、第２の
冷媒流が、再度少なくとも１本の半径方向に走行
する冷媒排出導管１８内に導かれ、そして軸近傍
において、回転する機械部分の他の回転カツプリ
ング１９を介して、図示しない冷凍機に配管され
た固定ガス導管２０内に導入される。図には更に
回転カツプリング２１が示され、これによつて回
転カツプリング部１９において生じた漏洩損失は
ガス状ヘリウムとして捕獲され、ガス導管２０内
に供給されうる。 低温シールド１５の冷却のための第２の冷媒流
のこの流動は自己ポンプ効果に基づいて行われ
る。 低温シールド１５に突発的に生ずる付加的な熱
負荷、例えば短絡もしくは非対称負荷の際の擾乱
で生ずるような負荷熱を排出するために、本発明
による冷却装置においては低温シールドの冷却の
ための冷媒循環回路内にガス状冷媒を付加的に供
給できるようにすることが提案される。この付加
的に供給される冷媒は超電導界磁巻線５の冷却の
ための第１の冷媒流の循還回路から取出される。
この循環回路内の分岐部２３は第１の冷媒流A1
の排出導管１２内に設けられていると好都合であ
る。この分岐部から第１の冷媒流A1の一部が接
続導管２４内に排出される。かかる液状冷媒の部
分流はA2で示されている。第１の冷媒流A1につ
いてさらに言及すれば、図示はしないが、室温と
極低温との間にあつて超電導界磁コイルに接続さ
れる電流接続リードの冷却のために、第１の冷媒
の部分流が別途用いられることは適宜なしうる。
ところで、前記接続導管２４は第２の冷媒流B1
の冷媒供給導管１６内において低温シールド１５
における冷却溝１７の入口前方に連通開口してい
る。この入口開口部は供給導管１６内で２５で表
されている。接続導管２４内には絞り部２６が設
けられ、この絞り部２６によつて超電導界磁巻線
５に対する循環回路から出た未だ液状の冷媒流
A2が膨張し、それによつて気化する。このよう
にして得られた部分流の冷媒蒸気はB2で表わさ
れている。第２の冷媒流B1内に供給された部分
流B2の流量は絞り部２６によつて調整しうる。
一体化された冷媒流B1，B2は図ではB3で表され
ている。 次に絞り部２６を設けることにより低温シール
ド１５で生じた変動熱負荷に追従して部分流B2
の流量が増大する因果関係を以下に具体的に説明
する。低温シールド１５で熱負荷が増加するとま
ず冷媒B3の温度が上昇する。それに伴い排出導
管１８中のガスの密度ρが減少する。密度ρが減
少すると第１図ｐ〜ｑ間の遠心圧力の減少によつ
てＰ点の圧力が減少する。それに伴い点ｎ，ｊ，
ｍの圧力が減少するので絞り部２６を流れる部分
流B2の流量が増大する。これにより低温シール
ドの冷却能力が増大する。特に絞り部を貫流する
第１の冷媒は第２の冷媒に比べエンタルピーが小
さく、大きな保有寒冷をもつもので、熱負荷の増
大に伴う冷却応答が速やかである。さらに絞り部
でのジユールトムソン効果による寒冷の発生によ
り冷却能力はさらに増大する。 〔発明の効果〕 本発明によれば、界磁巻線を貫流した後の第１
の冷媒流から取り出した部分流を、絞りを介して
低温シールドの冷却に寄与せしめたので、低温シ
ールドで生じた変動熱負荷に対し比較的高速で冷
却応答し得るようになり、これによつて低温シー
ルドの温度上昇に伴うシールド効果の減少、ひい
ては界磁巻線の加熱の問題を解消し得る効果を奏
する。
第１図は本発明による超電導回転子の冷却装置
の上半断面図を示す。図において、 Ａ：供給冷媒、A1：第１の冷媒流、B1：第２
の冷媒流、A2，B2，A3：部分流、５：超電導界
磁巻線、７，１０：供給導管、８：混合室、９，
１１：端面側、１２：排出導管、１３：噴射ノズ
ル、１４：吸込み溝、２４：接続導管、２６：絞
り部、を示す。
の上半断面図を示す。図において、 Ａ：供給冷媒、A1：第１の冷媒流、B1：第２
の冷媒流、A2，B2，A3：部分流、５：超電導界
磁巻線、７，１０：供給導管、８：混合室、９，
１１：端面側、１２：排出導管、１３：噴射ノズ
ル、１４：吸込み溝、２４：接続導管、２６：絞
り部、を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１個の一体回転する低温シールドに
よつて取囲まれた超電導界磁巻線と、外から供給
導管により供給される混合冷媒を収容する一体回
転する混合室を備え、この混合室から界磁巻線の
冷却のための第１の液状冷媒流の供給導管と、低
温シールドの冷却のための少なくとも一部が気化
した第２の冷媒流の供給導管とが導出され、界磁
巻線を通して導かれた第１の冷媒流を混合室内へ
還流する排出導管と低温シールドを通して導かれ
た第２の冷媒流を回転子から外へ還流するように
される排出導管を備えるものにおいて、超電導界
磁巻線を貫流したあとの第１の冷媒流を排出する
排出導管からわかれた部分流の接続導管が第２の
冷媒流の供給導管に低温シールドの入口開口部で
合流するようにされ、該部分流を通流させる接続
導管には、排出される部分流の膨張のための絞り
部が設けられていることを特徴とする超電導回転
子の冷却装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の超電導回転子の
冷却装置において、混合室内へ外から冷媒を供給
する冷媒供給導管の端部は、混合室へ開口する噴
射ノズルとして構成され、第１の冷媒流を混合室
内へ還流する排出導管の端部は、前記噴射ノズル
を構成する冷媒供給導管の先端部を取囲んで形成
され、冷媒の噴射に伴つて第１の冷媒流を混合室
内へ吸引還流するための吸込み溝として構成され
ることを特徴とする超電導回転子の冷却装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の超
電導回転子の冷却装置において、混合室が外から
冷媒を供給する側と対向する端面側に向つて円錐
状に拡大され、この端面側で第１の冷媒流の供給
導管と接続が行なわれうることを特徴とする超電
導回転子の冷却装置。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
か１項に記載の超電導回転子の冷却装置におい
て、室温と極低温の間にあり超電導界磁コイルに
接続される電流接続リードの冷却のために第１の
冷媒流の部分流が用いられることを特徴とする超
電導回転子の冷却装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2742477A DE2742477C3 (de) | 1977-09-21 | 1977-09-21 | Anordnung zur Kühlung des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Turbogenerators |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5450909A JPS5450909A (en) | 1979-04-21 |
| JPS6217472B2 true JPS6217472B2 (ja) | 1987-04-17 |
Family
ID=6019523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11215478A Granted JPS5450909A (en) | 1977-09-21 | 1978-09-12 | Device for cooling superconductive rotor |
Country Status (5)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS5450909A (ja) |
| FR (1) | FR2409630A1 (ja) |
| GB (1) | GB2007438B (ja) |
| SE (1) | SE7809691L (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2849602C2 (de) * | 1978-11-15 | 1981-10-01 | Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim | Anordnung zur Kühlung des Läufers einer elektrischen Maschine mit einer supraleitenden Feldwicklung |
| DE2854059A1 (de) * | 1978-12-14 | 1980-07-17 | Kraftwerk Union Ag | Kuehlsystem fuer laeufer elektrischer maschinen, insbesondere fuer turbogeneratoren-laeufer mit supraleitender feldwicklung |
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| DE3015682A1 (de) * | 1980-04-23 | 1981-10-29 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Anordnung zur kuehlung einer supraleitenden magnetwicklung |
| DE3019673A1 (de) * | 1980-05-22 | 1981-11-26 | SIEMENS AG AAAAA, 1000 Berlin und 8000 München | Einrichtung zur kuehlung einer supraleitenden erregerwicklung und eines daemperschildes des laeufers einer elektrischen maschine |
| DE3020831C2 (de) * | 1980-06-02 | 1986-11-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Einrichtung zur Kühlung einer supraleitenden Erregerwicklung und eines Dämpferschildes des Läufers einer elektrischen Maschine |
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| US8134345B2 (en) * | 2005-11-29 | 2012-03-13 | General Electric Company | Cryogenic exciter |
| DE102010041456A1 (de) * | 2010-09-27 | 2012-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotor für eine elektrische Maschine |
| JP6954551B2 (ja) * | 2015-09-02 | 2021-10-27 | 川崎重工業株式会社 | 回転機 |
| JP6378285B2 (ja) * | 2016-10-21 | 2018-08-22 | ファナック株式会社 | エアパージの機能を有する電動機 |
| DE112020005636T5 (de) * | 2020-03-26 | 2022-10-20 | Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. | Drehmaschine |
| DE102022116061A1 (de) * | 2022-06-28 | 2023-12-28 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotor eines Elektromotors mit einer Kühleinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Rotors eines Elektromotors mit einer Kühleinrichtung |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1351601A (en) * | 1970-04-09 | 1974-05-01 | Int Research & Dev Co Ltd | Superconducting dynamo-electric machines |
| JPS4831403A (ja) * | 1971-08-27 | 1973-04-25 | ||
| US3781578A (en) * | 1972-08-09 | 1973-12-25 | Massachusetts Inst Technology | Stator structure for electrical machine |
| DE2442277A1 (de) * | 1974-09-04 | 1976-03-18 | Kraftwerk Union Ag | Kuehlmittelkreislauf fuer den laeufer einer elektrischen maschine mit supraleitender erregerwicklung |
| FR2309068A1 (fr) * | 1975-04-21 | 1976-11-19 | Alsthom Cgee | Machine tournante a circuit de refroidissement |
| DE2518062A1 (de) * | 1975-04-23 | 1976-11-04 | Kraftwerk Union Ag | Kuehlmittelkreislauf fuer den laeufer einer elektrischen maschine mit supraleitender erregerwicklung |
| US4085343A (en) * | 1975-06-13 | 1978-04-18 | Hitachi, Ltd. | Rotor for a rotary electrical machine having a superconductive field winding |
| FR2319233A1 (fr) * | 1975-07-22 | 1977-02-18 | Alsthom Cgee | Machine tournante utilisant un fluide de refroidissement amene par joint tournant |
-
1978
- 1978-09-12 JP JP11215478A patent/JPS5450909A/ja active Granted
- 1978-09-14 SE SE7809691A patent/SE7809691L/xx unknown
- 1978-09-20 FR FR7826889A patent/FR2409630A1/fr not_active Withdrawn
- 1978-09-21 GB GB7837594A patent/GB2007438B/en not_active Expired
- 1978-09-21 US US05/944,391 patent/US4228374A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4228374A (en) | 1980-10-14 |
| GB2007438B (en) | 1982-05-06 |
| SE7809691L (sv) | 1979-03-22 |
| JPS5450909A (en) | 1979-04-21 |
| GB2007438A (en) | 1979-05-16 |
| FR2409630A1 (fr) | 1979-06-15 |
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