JPS6231315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核融合装置用電気巻線に係り、特に中
実導体と中空導体とを組合せて構成される導体を
多数巻回して成り、かつ、その中空導体を外部に
引き出して成る核融合装置用電気巻線に関する。

磁場を使用して高温、高密度のプラズマを閉じ
込め、核融合反応による熱を取り出す核融合装置
では、しばしば大空間に大きな磁場を発生する電
気巻線（以下、コイルという）を必要する。通
常、強力な磁場を発生するコイルは、多数巻回さ
れた構造で大電流励磁される。一方、励磁電源容
量の低減、コイル温度上昇による絶縁劣化防止等
の目的でコイルの冷却は不可欠である。一般に
は、この冷却のために導体を中空状にし、内部に
冷却媒体を循環してコイル導体を直接冷却する方
式が採用される。しかし、大電流励磁で大断面の
導体が必要とされる場合には、大断面の中空導体
の製造が技術的に困難なことから、コイル導体と
して中空導体と中実導体との組合せ導体を用いる
のが普通である。

第１図、及び第２図にこの種のコイルを示す。
該図の如く、コイル１は中実導体３と中空導体４
から成るが、冷却特性を向上させるため、両者の
境界層の熱電導率が大である必要があり、中実導
体３と中空導体４とを半田層５等で一体化した構
造をとる。中実導体３と中空導体４との組合せ導
体のまわりは層間絶縁層６で絶縁し、その上にア
ース絶縁７を施して組合せ導体を大地より電気的
に絶縁する。そして、励磁電源より導体に大電流
を流して高磁場を発生させるが、この場合、コイ
ル内で発生するジユール損失により熱が発生す
る。この熱を除去するために中空導体４内に冷却
媒体８を流すことが行なわれる。

ところで、複数回多層に巻回する構造のコイル
１においては、冷却媒体８が適正な長さだけコイ
ル１を冷却した後、第３図に示す如く、中空導体
４は中実導体３を幅方向９に横切つてコイル側面
に引き出され、ゴムホース１０により電気的に絶
縁して冷却媒体８をコイル１の外側に導く構造と
なつている。さらに、中空導体４の口出部１１
は、アース絶縁厚さや沿面距離の確保を考える
と、中実導体３の端面より適正な長さだけ引き出
された構造でなければならないし、口出部１１も
アース絶縁７を施す必要がある。また、中空導体
４は、中実導体３の強度を確保し、冷却媒体８の
流量を大きくとるためその板厚は薄いのが普通で
ある。従つて、中空導体４の口出部１１の熱容量
は小さく、発熱部である中実導体３からの熱伝導
も小さい。

冷却媒体としては電気絶縁特性の優れた純水等
が使用される他、中空導体４の口出部１１はゴム
ホース１０等により冷却媒体循環系と電気的に絶
縁される。同時に中空導体４の口出部１１にも電
気絶縁が施される。冷却媒体８の温度を高く採る
ことは、大型コイルの熱膨張変位等の問題がある
ので、通常、冷却媒体温度は外気温度より低く採
られる。導体は通電によるジユール損失のために
外気温度より温度が高い。一方、中空導体４の口
出部１１とゴムホース１０とは外気に接した状態
で接続部１３で接続されるのが普通である。更
に、中空導体４の口出部１１には直接電流が流れ
ないこと、及び中空導体４自身の熱容量が小さい
ため、中空導体４の口出部１１の絶縁表面やゴム
ホース１０との接続金具表面の温度はほぼ冷却媒
体温度と同一となり、外気温度より低くなつて外
気中の水分が結露し、中空導体４の口出部絶縁物
表面の電気抵抗を低下させる。

これを防止するため、例えば第４図に示す如
く、中空導体４の口出部アース絶縁７の外側にヒ
ーター１５を設置して、ヒーター１５の発熱によ
り中空導体４の口出部温度を外気温度以上に保ち
結露を防止することが考えられる。しかし、この
場合はヒーター１５の配置により余計な空間が必
要であること、ヒーター１５の電力損失が増加す
ること等あまり好ましいものではなかつた。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、ヒーター等を用いることな
く、簡単な構成で結露を防止し、口出部絶縁物表
面の電気抵抗を低下させることのない核融合装置
用電気巻線を提供することにある。

本発明は中空導体を、中実導体に固定された熱
伝導率のよい金具を通して外部に引き出すことに
より、所期の目的を達成するようになしたもので
ある。

以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に
説明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号
を使用する。

第５図に本発明の一実施例を示す該図の本実施
例でも中空導体４を中実導体３の幅方向９のほぼ
中央部に設置して巻回し、巻回方向１６に巻回し
た後幅方向９に中実導体３を横切つて外部に取り
出している。本実施例では中実導体３の端面に熱
伝導の良い金具１４を取付け、この金具１４に設
けられた中空導体４用の溝部１７を通つて中空導
体４が外部に引き出されている。中空導体４は熱
電導の良い金具１４の溝部１７で溶接や半田付け
により熱伝導の良い金具１４に固定されている。
金具１４は充分な熱伝導を有する銅で作られてお
り、かつ、中実導体３端面に設けられたダブテー
ル構造で中実導体３に固定されている。そして、
金具１４の固定は、中実導体３と金具１４との間
の熱的接触が充分保てる様なされているし、ま
た、中空導体４は金具１４よりわずかに出た部分
で接続部１３でゴムホース１０に接続されてい
る。尚、アース絶縁７、層間絶縁６は金具１４も
含めてなされている。

次に、第６図を用いて本発明の有効性について
説明する。まず、金具１４が無い従来の場合で
は、冷却水入口部付近の温度はほとんど冷却水入
口水温に等しく、かつ、一般に冷却水温度は大気
温度より低めに選ばれるので、冷却水入口部付近
には大気中の水分が結露する。従つて、結露しな
い条件は導体表面温度を大気温度より高く採るこ
とである。

第６図において、次の如き寸法で電気巻線を設
計した例では、金具１４の最先端の温度Ttは次
のようになる。

冷却水入口温度 To＝10℃ 中空導体断面積 Ｓ＝25mm×25mm 冷却水流速 ｖ＝５ｍ／sec 導体高さ Ｈ＝500mm 導体厚さ Ｄ＝50mm 金具高さ ｈ＝100mm 金具幅 ｗ＝50mm 金具、中空導体半田付寸法 Ｐ＝５mm 中実導体電流導度 ｉ＝7A／mm² 外気温度 Tf＝30℃ この条件で金具１４の最先端温度Ttを算出す
ると、 Tt≒55℃ となり大気温度Tf＝30℃より高く、アース絶縁
７の表面温度も大気温より高く取れ結露しない。

このような本実施例の構造とすることにより、
中空導体４の口出部の熱容量が大幅に増加した結
果となる他、中実導体３に発生したジユール熱
は、ダブテール部を通つて徐々に金具１４に熱伝
導で伝わり冷却媒体８に逃げる。この結果、中空
導体４の出入口部の外気にふれる部分の温度も伝
導による熱のため下がりにくく、表面温度を外気
温より高く保てるので、外気水分の結露が防止で
き、アース絶縁７等の劣化が防げる。

特に、この効果はパルス励磁される電気巻線に
ついて顕著なものとなる。即ち、冷却媒体８の温
度低下に比べて発熱体である中実導体３、及び金
具１４の温度低下の速さは熱容量の点で遅く、パ
ルス通電停止中に中空導体４の口出部の表面温度
が外気温度より下がりにくくなり結露が防止でき
るのである。更に、本構造によれば、金具１４は
中空導体４の口出部を補強した形となるので、口
出部付近はゴムホース１０による反力や相対変位
による拘束反力、あるいは周囲の磁界による電磁
力等の応力に対して強固となる効果がある。

以上説明した本発明の核融合装置用電気巻線に
よれば、中空導体を中実導体に固定された熱伝導
率のよい金具を通して外部に引き出したものであ
るから、ヒーター等を用いることなく簡単な構成
で結露を防止することができるため、口出部絶縁
物表面の電気抵抗が低下することがないので、此
種核融合装置用電気巻線に採用する場合には非常
に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は核融合装置用電気巻線の外観斜視図、
第２図は第１図のＡ―Ａ断面図、第３図は従来の
電気巻線の口出部付近を示す部分斜視図、第４図
は従来の電気巻線の口出部分の他の例を示す部分
斜視図、第５図は本発明の核融合装置用電気巻線
の一実施例として口出部付近を示す部分斜視図、
第６図は本発明の効果を説明するための口出部付
近の断面図である。 １……コイル、３……中実導体、４……中空導
体、５……半田層、６……層間絶縁層、７……ア
ース絶縁層、８……冷却媒体、１０……ゴムホー
ス、１１……中空導体口出部、１３……接続部、
１４……金具、１５……ヒーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中実導体と中空導体とを組合せた導体を多数
   巻回して成り、外部に引き出された前記口出部よ
   り冷却媒体を流通させて内部を冷却する核融合装
   置用電気巻線において、前記中空導体は、前記中
   実導体に固定された熱伝導率のよい金具を通して
   外部に引き出されることを特徴とする核融合装置
   用電気巻線。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   前記金具と中実導体との固定部をダブテール形状
   としたことを特徴とする核融合装置用電気巻線。