JPS632122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導磁気浮上車などに使用される超
電導磁石構造、特にこの冷却構造に関する。

超電導磁石には極低温に冷却した時に電気抵抗
が０になるNb・Ti合金等の特殊材料を多心線と
して、銅等の安定化金属中に配置し伸線した超電
導線を、多数回巻回したコイルが使用される。こ
のコイルを超電導磁石用内槽中に固定し、液体ヘ
リウムで極低温に冷却し超電導状態に保持して通
電し運転される。

この超電導状態を維持するためには極めて細心
の注意が必要である。つまり、極低温での冷却が
十分に行なわれなかつたり、コイルが不安定に固
定されて動いたり、振動等でコイルあるいはコイ
ルを固定する超電導磁石用内槽等に不用意な外力
や変形を与えたりすると、超電導状態は破壊し常
電導状態になる。又は、冷却過渡時においては大
量のヘリウムガスの発生によるベーパーロツク現
象が起き、冷却不足になることがある。この場合
コイルには電気抵抗が発生し、コイルに流れてい
た大電流によるエネルギーは、一瞬のうちに熱と
して放散され、局部発熱によりコイルが破損した
り、コイルを冷却していた液体ヘリウムをいつき
よに蒸発させて、超電導磁石用内槽内を高圧にし
機械的に損傷を与えたりして、超電導磁石の性能
を悪化させる危険性がある。

第１図において、通常、保冷中にはガスの量が
少ないため連結管４の中では、気泡の上昇と共に
液体ヘリウムが降下し、コイル２部に充分な液の
補給が行われる。しかし、コイルを励磁したり消
磁したりする時は、永久電流スイツチ部や、パワ
ーリード接続部等における発熱を冷却する為に大
量のヘリウムガスが発生する。

この様に大量に発生したヘリウムガスは気泡の
かたまりとなつて浮力により上方へ移動し、連結
管４を通つてタンク３へ抜ける。タンク３の上部
にたまつたヘリウムガスは放出管１１より外部へ
放出される。

一方、内槽１内の液体ヘリウムの蒸発分はタン
ク３内からやはり連結管４を通つて内槽１内へ補
給される必要があるが、連結管４内を上昇するヘ
リウムガスが大量になるとガスの上昇する勢いに
まけて液が降下できなくなる。これがいわゆるベ
ーパーロツク現象である。

特に、液体ヘリウムの比重は、沸点付近でヘリ
ウムガスの7.4倍、沸点の高い液体例えば窒素の
183倍と比較しても極端に気液の比重差が小さく、
前記ベーパーロツク現象を生じやすい。

このためヘリウムガスは超電導磁石用内槽（以
下内槽という）の上部に蓄積され、そのうちにコ
イル２の上部がガス中に露出し冷却不足となれ
ば、前記の通り、超電導破壊現象にもつながる恐
れがある。

前記ベーパーロツク現象を解決する為には、従
来は、ガスの上昇する管と液の下降する管（又は
通路）を別々に用意し、液の下降する管（以下補
給管）は、タンク３の底部から内槽１の下部（少
くとも蒸発するヘリウムガスに接しない部分）へ
構成することにより、ヘリウムガスは内槽１内を
上方へ移動し、連結管４内では一方向の上方への
流れとなつてタンク内へ抜け、タンク内の液は補
給管を通つて内槽下部へ降下する一連の対流経路
が構成される。

尚、第１図の注入管１０は外部より冷媒を導入
して冷却し、しかるのち液体ヘリウムを注入し、
タンクにまで液体ヘリウムを貯液する目的で設置
されており、その後は何らの作用ももつていない
いため、前記補給管にはなりえない。

上記の他に、これを防止する別の方法として例
えば、ヘリウムガスの大量発生部であるスイツチ
箱７からタンク３へ専用のヘリウムガス回収管を
もうけたり、連結管４の内部にもう１本の管をも
うけてこれをコイル１部へのばし、液体ヘリウム
補給管とすることが考えられる。しかし前者の場
合は、高真空に保持された中の配管を増すために
真空リークの危険性を増加せしめるとともに、ス
ペースが必要となり、かつ構造を複雑化してしま
う欠点がある。一方、後者の場合は、連結管内を
複雑にして組立上の困難さが生じると共に連結管
径を大きくしてしまう欠点が生じる。

本発明の目的は、コイル部に発生する大量のヘ
リウムガスをスムーズに除去するとともに、新た
な液体ヘリウムの供給を行える冷却構造を、特別
な配管をもうけることなく提供する事にある。

すなわち、本発明は、外部からの液体ヘリウム
注入用に使われる注入管１０のコイル部の注入管
１０Ｂを前記補給管としても利用できる構造の提
供にある。

以下本発明を第２図及び第３図に基づき詳述す
る。

内槽１はステンレス材等の容器で構成され、そ
の内部にコイル２を特殊な固定具（図示せず）な
どにより固定する。上部側には液体ヘリウム用タ
ンク３が配設され、双方は連結管４で接続され、
上下の液体ヘリウム５は連通している。

内槽１には永久電流スイツチ６を収納するスイ
ツチ箱７が付属され、さらにパワーリード８が接
続される。パワーリード８の外部接続部９から供
給される電流は、パワーリード８を経由して、図
示していないリード線を通り永久電流スイツチ６
及びコイル２に流れる。一方、冷却のための配管
は、液体ヘリウム注入口１０とする注入管１０
Ａ，１０Ｂが設けられ、蒸発したヘリウムガスを
外部に放出する放出管１１が設けられている。

これらの極低温部１２は、真空容器として構成
された外槽内（図示せず）に組込まれており、熱
シールド板、超断熱材により熱しやへいされ、荷
重支持材により断熱支持されて内部の極低温状態
を保持できる様になつている。又、超電導磁石に
はここに示された液体ヘリウムの注入口１０、ヘ
リウムガスの放出口１３、パワーリード接続口９
の他、各種配管、ポート類が設けられる。

第２図において注入管１０Ａはタンク３の内部
へ、注入管１０Ｂは内槽１内にそれぞれ配管さ
れ、双方の接合部は前記接続管４内で受管１０Ｃ
に係合する。

第３図に示す如く、受管１０Ｃは内槽内注入管
１０Ｂの一端に接続固定され、タンク内注入管と
は環状すき間４Ｂをもつてはめあいするように
し、上端がタンク３の底面レベルでラツパ状に開
口するように設置する。このすき間４Ｂは0.5〜
２mm（標準的には１mm弱が好ましく）、はめあい
長さは30〜100mm（標準的には50mm以上が好まし
い）に設定する。

この超電導磁石の冷却方法は最初に内槽１及び
コイル２などを冷却するために寒冷ヘリウムガス
を注入口１０より送り込み、注入管１０Ａ，１０
Ｂを経て開口部１４より内槽１内へ送り込み、装
置を常温から極低温へ冷却する。これは熱容量の
大きいコイル部を効率的に冷却する為であり、コ
イル２の部分を冷却した寒冷ヘリウムガスはタン
ク３を冷却しタンク出口１５より放出管１１を通
り、放出口１３より回収装置へもどされる。

この様にして極低温まであらかじめ冷却したの
ち、今度は、注入口１０より液体ヘリウムを送り
込み、内槽１およびタンク３中に液体ヘリウム５
が貯液される。

この状態でコイル２に電流が供給され、励磁さ
れるがこの様な通電中には永久電流スイツチ６お
よびパワーリード８には電気抵抗による発熱があ
り、大量のヘリウムガスが発生する。

この大量のヘリウムガスは、連結管４と受管１
０Ｃに囲まれた環状すき間４Ａを通つて上昇す
る。一方、補給の液体ヘリウムは受管１０Ｃ内を
通り、注入管１０Ｂを通つて内槽１の底へ降下す
ることにより、スムーズな気液の交換が可能とな
る。初期の冷却及び液体ヘリウム注入の為の管と
兼用することができる。

第３図において、このすき間４Ｂが広く、はめ
あいが短かい場合、注入口１０より送り込まれる
冷媒ガスはここでもれ出して内槽１内のコイル２
を冷却する効率が著しく悪くなり、逆にすき間を
せまく、はめあいを長くしすぎると、前述の補給
管としての作用が得られなくなる。なお、液体ヘ
リウムの注入の場合も同様である。

一方、この構成においては、注入管１０Ａ，１
０Ｂに対し、受管１０Ｃに必要な若干の管径増に
なるのみで、しかもこれらの接続は単純なはめあ
いとなる為、連結管４の回りの組立は非常に容易
に行うことができる。

以上説明した様に、液体ヘリウムのタンク部と
内槽との接続用連結管内において、内槽側注入管
の上端に受管を設け、タンク側注入管を挿入し、
すき間およびはめあい長さを所定値に選択する管
構造を形成することにより、ベーパーロツク現象
を防止する液体ヘリウム補給管と内槽側注入管を
兼用させることが出来、別に管をもうけて構造を
複雑にすることなく、かつ組立容易にする等、す
ぐれた超電導磁石冷却構造を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導磁石の内部構造断面図、
第２図は本発明の超電導磁石の内部構造断面図、
第３図は第２図の部詳細図。 １…超電導磁石用内槽、２…コイル、３…タン
ク、４…連結管、４Ａ…環状すき間、４Ｂ…すき
間、５…液体ヘリウム、６…電流スイツチ、７…
スイツチ箱、１０Ａ，１０Ｂ…注入管、１０Ｃ…
受管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超電導磁石の超電導磁石用内槽とタンクとを
   結ぶ連結管を備えたものにおいて、同連結管内へ
   所定長さの受管を内設し、この受管と超電導磁石
   用内槽への注入管１０Ｂとを一体に形成すると共
   に、前記受管へ注入管１０Ａをはめあい、そのは
   めあい隙間とはめあい長さを所定値に設置してな
   ることを特徴とする超電導磁石の冷却構造。