JP3306452B2 - Refrigerant supply device - Google Patents

Refrigerant supply device

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JP3306452B2
JP3306452B2 JP28407890A JP28407890A JP3306452B2 JP 3306452 B2 JP3306452 B2 JP 3306452B2 JP 28407890 A JP28407890 A JP 28407890A JP 28407890 A JP28407890 A JP 28407890A JP 3306452 B2 JP3306452 B2 JP 3306452B2
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  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導発電機における液体ヘリウム等の冷媒
を回転子内に注入する冷媒供給装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refrigerant supply device for injecting a refrigerant such as liquid helium into a rotor in a superconducting generator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の超電導発電機における液体ヘリウム等の冷媒を
回転子内に供給するための冷媒供給装置では、アドバン
スイズ イン クライオジェニックエンジニアリング
29巻(1984年)第829頁から第836頁(Advances in Crio
ginic Engineering Vol.29P829−836)に論じられてい
るように、回転子先端の軸中心部にあけられた穴に固定
側から注入パイプを接触摺動しないように挿入するベイ
オネット構造が一搬に用いられている。
In a conventional superconducting generator, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant such as liquid helium into the rotor is an advanced-in-cryogenic engineering.
Volume 29 (1984), pages 829 to 836 (Advances in Crio
As discussed in ginic Engineering Vol.29P829-836), a bayonet structure that inserts the injection pipe from the fixed side into the hole drilled at the center of the shaft at the tip of the rotor so that the injection pipe does not slide on the fixed side is used for all purposes. Have been.

このようなベイオネット構造では、液体ヘリウムを熱
効率良く回転子内部に注入する必要があり、注入パイプ
壁を伝導して液体ヘリウムに侵入する外部からの侵入熱
量を小さく押さえる為に、注入パイプの回転子内部への
挿入長を大きくする必要がある。また注入パイプの外径
と回転子の穴内径とのギャップをできるだけ小さくしな
いと、この隙間部でのガス対流による熱伝達量が大きく
なり、液体ヘリウムの移送効率が悪くなる。
In such a bayonet structure, it is necessary to inject liquid helium into the rotor with high thermal efficiency.In order to minimize the amount of heat entering from outside that penetrates into the liquid helium through the injection pipe wall, the rotor of the injection pipe is It is necessary to increase the insertion length inside. If the gap between the outer diameter of the injection pipe and the inner diameter of the hole of the rotor is not made as small as possible, the amount of heat transfer due to gas convection in this gap will increase, and the transfer efficiency of liquid helium will deteriorate.

しかし上記のように、狭いギャップを保ったままで固
定側の液体ヘリウム注入パイプを回転子の穴に長く挿入
すると、注入パイプと回転子の穴内壁との接触摺動が生
じ易くなり、管壁の損傷、ひいては真空断熱層の破壊を
招き兼ねない。
However, as described above, if the liquid helium injection pipe on the fixed side is inserted into the hole of the rotor for a long time while keeping the narrow gap, contact sliding between the injection pipe and the inner wall of the rotor hole is likely to occur, and the pipe wall will It may lead to damage and eventually breakage of the vacuum insulation layer.

したがって、液体ヘリウムを熱効率良くかつ確実に回
転子内部に注入するには、外部から液体ヘリウムへの熱
侵入量を小さく保った上で、液体ヘリウム注入パイプの
挿入長をできるだけ短くする必要がある。
Therefore, in order to inject the liquid helium into the rotor efficiently and reliably, it is necessary to keep the amount of heat entering the liquid helium from the outside small and to make the insertion length of the liquid helium injection pipe as short as possible.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかし上記の従来技術では、液体ヘリウムへの熱侵入
量を小さくするために、液体ヘリウム注入パイプの挿入
長を大きくとり過ぎ、ベイオネット部が機械的損傷を受
け易かった。
However, in the above-mentioned prior art, the insertion length of the liquid helium injection pipe is set too large in order to reduce the amount of heat that enters the liquid helium, and the bayonet portion is liable to be mechanically damaged.

本発明の目的は、外部から液体ヘリウムへの熱侵入量
を小さく保ち、かつベイオネット部の機械的損傷を抑え
て、信頼性の高い超電導発電機用の冷媒供給装置を実現
することにある。
An object of the present invention is to realize a highly reliable refrigerant supply device for a superconducting generator by keeping a small amount of heat entering from outside into liquid helium and suppressing mechanical damage to a bayonet portion.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記の目的を達成するために、本発明の冷媒供給装置
は、回転子先端の軸中心にあけられた穴に冷媒を流通さ
せる内側管と該内側管を包囲する外套管とから構成し該
内側管と外套管の間を密封した2重管からなる注入パイ
プを挿入して冷媒を外部より該回転子内部に注入する回
転機械において、上記の軸中心にあけられた穴を有する
回転子先端部を軸中心に張り出し、上記2重管からなる
注入パイプの外套管に、中心軸に並行な折り返し部を設
け、該折り返し部が上記の回転子先端の張り出し部を覆
うようにし、上記回転子の先端部にあけられた穴に挿入
される注入パイプ先端部の外径を小さくして、該小径部
にリング状の摺動材料を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a refrigerant supply device of the present invention comprises an inner tube through which a refrigerant flows through a hole formed at an axial center of a rotor tip, and an outer tube surrounding the inner tube. In a rotary machine for injecting a refrigerant from the outside into the rotor by inserting an injection pipe composed of a double pipe having a sealed space between a pipe and a mantle pipe, a rotor tip having a hole formed at the center of the shaft as described above. Is provided on the outer circumference of the injection pipe made of the double pipe, and a folded portion is provided in parallel with the central axis so that the folded portion covers the projected portion at the tip of the rotor. The outer diameter of the tip of the injection pipe inserted into the hole formed at the tip is reduced, and a ring-shaped sliding material is provided on the small diameter.

また、2重管からなる注入パイプの内側管と外套管の
間が真空であることが好ましい。
Further, it is preferable that a vacuum is provided between the inner tube and the outer tube of the injection pipe made of a double tube.

また、回転子先端の軸中心にあけられた穴に挿入され
た上記注入パイプの外径と該穴の内径の差が、上記回転
子先端部に設けられた張り出し部の外径と該張り出し部
を覆う上記注入パイプの折り返し部の内径との差よりも
小さいことが好ましい。
Further, the difference between the outer diameter of the injection pipe inserted into the hole formed at the center of the shaft at the tip of the rotor and the inner diameter of the hole is determined by the outer diameter of the overhang provided at the tip of the rotor and the overhang. Is preferably smaller than the difference from the inner diameter of the folded portion of the injection pipe that covers the injection pipe.

さらに、上記いずれかの冷媒供給装置を設けた超電導
発電機とする。
Further, a superconducting generator provided with any one of the above refrigerant supply devices is provided.

〔作用〕[Action]

軸中心にあけられた穴を有する回転子先端部を軸中心
に張り出し、上記2重管からなる注入パイプの外套管
に、中心軸に並行な折り返し部を設け、該折り返し部が
上記の回転子先端の張り出し部を覆うようにしているの
で、外部から冷媒雰囲気までの熱伝導路が長くなり、温
度勾配を小さくできる。これにより、外部から冷媒雰囲
気に侵入する熱量を小さく抑えることができる。さら
に、加えて回転子の先端部にあけられた穴に挿入される
注入パイプ先端部の外径を小さくして、該小径部にリン
グ状の摺動材料を設けているので、注入パイプは直接機
械的損傷を受ける事無く、安全に冷媒を回転子内に注入
することができる。
A rotor tip having a hole drilled in the center of the shaft is projected over the center of the shaft, and a jacket portion of the injection pipe formed of the double pipe is provided with a folded portion parallel to the central axis, and the folded portion is provided with the rotor. Since the overhanging portion at the tip is covered, the heat conduction path from the outside to the refrigerant atmosphere becomes longer, and the temperature gradient can be reduced. This makes it possible to reduce the amount of heat entering the refrigerant atmosphere from the outside. Furthermore, since the outer diameter of the tip of the injection pipe inserted into the hole formed in the tip of the rotor is reduced and a ring-shaped sliding material is provided on the small diameter portion, the injection pipe is directly The refrigerant can be safely injected into the rotor without being mechanically damaged.

また、2重管からなる注入パイプの内側管と外套管の
間を真空にすることにより、外部からの熱侵入を抑えた
真空の断熱層にできる。
In addition, the vacuum between the inner tube and the outer tube of the injection pipe made of a double tube can provide a vacuum heat insulating layer in which heat intrusion from the outside is suppressed.

また、回転子先端の軸中心にあけられた穴に挿入され
た上記注入パイプの外径と該穴の内径の差が、上記回転
子先端部に設けられた張り出し部の外径と該張り出し部
を覆う上記注入パイプの折り返し部の内径との差よりも
小さくすることにより、注入パイプの挿入がし易くかつ
機械的信頼性が向上する。
Further, the difference between the outer diameter of the injection pipe inserted into the hole formed at the center of the shaft at the tip of the rotor and the inner diameter of the hole is determined by the outer diameter of the overhang provided at the tip of the rotor and the overhang. Is smaller than the difference from the inner diameter of the folded portion of the injection pipe, which facilitates insertion of the injection pipe and improves mechanical reliability.

さらに、超電動発電機にこれらの冷媒供給装置を設け
ることにより、外部から冷媒への熱侵入量を小さく保
ち、かつベイオネット部の機械的損傷を抑えた超電動発
電機を提供できる。
Further, by providing these refrigerant supply devices in the super-motor generator, it is possible to provide a super-motor generator in which the amount of heat entering the refrigerant from the outside is kept small and mechanical damage to the bayonet portion is suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図の回転子6の先端には、冷媒を流通させる内側
管と該内側管を包囲する外套管とから構成し該内側管と
外套管の間を密閉した2重管からなる張り出し部10があ
り、内部は真空層で断熱されている。この張り出し部10
の中心には回転子本体20内の超電導巻線に通じる穴19が
あいている。この穴19に液体ヘリウム注入パイプ1を一
般には0.5mm以下の半径ギャップを介して挿入する。こ
こで液体ヘリウム注入パイプ1は回転子先端の張り出し
部10と同様2重管でできており、内部は液体ヘリウムに
外部より熱を侵入させないように真空断熱層2となって
いる。その外套管には折り返し部9が設けられていて、
液体ヘリウム注入パイプ1が回転子先端の穴19に挿入さ
れた際に回転子の張り出し部10をギャップをかいして覆
うようになっている。
At the tip of the rotor 6 shown in FIG. 1, an overhanging portion 10 composed of a double pipe comprising an inner pipe through which the refrigerant flows and an outer pipe surrounding the inner pipe and sealing between the inner pipe and the outer pipe is provided. And the inside is insulated by a vacuum layer. This overhang 10
Has a hole 19 at the center thereof, which communicates with the superconducting winding in the rotor body 20. The liquid helium injection pipe 1 is inserted into the hole 19 through a radial gap of generally 0.5 mm or less. Here, the liquid helium injection pipe 1 is made of a double pipe like the overhanging portion 10 at the tip of the rotor, and the inside is a vacuum heat insulating layer 2 so that heat does not enter the liquid helium from the outside. The mantle tube is provided with a folded part 9,
When the liquid helium injection pipe 1 is inserted into the hole 19 at the tip of the rotor, the projection 10 of the rotor is covered with a gap.

また図中の矢印のように注入パイプ1より回転子内に
注入された液体ヘリウムは、回転子本体内に設置された
超電導巻線を冷却した後、ガス化昇温して常温ガスとな
り、ヘリウムガス戻り流路を通って再度冷媒給排部に戻
り、図中の矢印のように給排部の外部に複数に別れて排
出される。
The liquid helium injected into the rotor from the injection pipe 1 as shown by the arrow in the figure cools the superconducting winding installed in the rotor body, and then gasifies and raises the temperature to a room temperature gas, and becomes helium. The refrigerant returns to the refrigerant supply / discharge unit again through the gas return flow path, and is discharged into a plurality of parts outside the supply / discharge unit as indicated by arrows in the drawing.

このような構造では、図中の1a,6a付近は液体ヘリウ
ム温度、また1c,6c付近は常温となり、1c→1b→1a,6c→
6b→6aというパイプ壁の経路をたどって外部より液体ヘ
リウムに熱が伝導し侵入する。
In such a structure, the liquid helium temperature is around 1a, 6a in the figure, and the room temperature is around 1c, 6c, and 1c → 1b → 1a, 6c →
Following the path of the pipe wall from 6b to 6a, heat is conducted into the liquid helium from the outside and penetrates.

しかし、第2図に示すような従来の冷媒供給装置で
は、本発明のように注入パイプに折り返し部9がなく、
液体ヘリウム温度雰囲気1a',6a'と常温雰囲気1c',6c'間
の熱伝導量を減らすには注入パイプ1'の挿入長を大きく
とらねばならない。
However, in the conventional refrigerant supply device as shown in FIG. 2, there is no folded portion 9 in the injection pipe as in the present invention,
In order to reduce the amount of heat conduction between the liquid helium temperature atmospheres 1a 'and 6a' and the normal temperature atmospheres 1c 'and 6c', the insertion length of the injection pipe 1 'must be increased.

第3図は、超電導発電機の一般的構造を示したもので
ある。従来の常電導発電機と根本的に異なる点は、回転
子6'内の回転子巻線が超電導線材でできた超電導コイル
28からなることである。固定子巻線24に相対するこの超
電導コイル28を超電導状態にするために極低温に冷却す
る必要があり、回転子6'の先端に設けられたヘリウム給
排部29を通して、外部のヘリウム冷凍機27からの液体ヘ
リウムを回転子6'内に供給している。回転子6'内に供給
された液体ヘリウム25は軸回転によって発生する遠心力
によって回転子6'内の外周側に押しやられ、第3図中の
穴部32を通って超電導コイルを冷却する。ガス化したヘ
リウムは再びヘリウム給排部29に戻り、ガス排出孔を通
って外部のヘリウム冷凍機27に送られる。また回転子6'
内は外部からの熱侵入を防止するために、真空層2が設
けられている。
FIG. 3 shows a general structure of a superconducting generator. The fundamental difference from the conventional normal conduction generator is that the superconducting coil whose rotor winding in the rotor 6 'is made of superconducting wire
28. It is necessary to cool the superconducting coil 28 facing the stator winding 24 to a very low temperature in order to bring the superconducting coil 28 into a superconducting state. Liquid helium from 27 is supplied into the rotor 6 '. The liquid helium 25 supplied into the rotor 6 'is pushed to the outer peripheral side in the rotor 6' by the centrifugal force generated by the rotation of the shaft, and cools the superconducting coil through the hole 32 in FIG. The gasified helium returns to the helium supply / discharge section 29 again, and is sent to the external helium refrigerator 27 through the gas discharge hole. Also rotor 6 '
The inside is provided with a vacuum layer 2 to prevent heat from entering from outside.

このような超電導発電機では、ヘリウム給排部29は一
般に軸受31'から非常に大きくオーバーハングしている
ため、回転振動が非常に大きい。第2図のような従来型
の冷媒供給装置では、上記のように注入パイプを0.5mm
以下の狭いギャップを介して100mm以上挿入しなけばな
らず、従って注入パイプ1'と穴内壁間の接触摺動を生じ
易い。この接触摺動により穴19の内壁の損傷が進行する
と、真空層2が破れて回転子内の液体ヘリウムの爆発的
蒸発を伴った大事故につながる。
In such a superconducting generator, the helium supply / discharge unit 29 generally overhangs greatly from the bearing 31 ', so that the rotational vibration is very large. In the conventional refrigerant supply device as shown in FIG. 2, the injection pipe is set to 0.5 mm as described above.
100 mm or more must be inserted through the following narrow gap, so that contact sliding between the injection pipe 1 ′ and the inner wall of the hole is likely to occur. If the inner wall of the hole 19 is damaged due to the contact sliding, the vacuum layer 2 is broken and a large accident involving explosive evaporation of liquid helium in the rotor is caused.

第1図に示す本発明の実施例によれば、上記のように
液体ヘリウム注入パイプ1に折り返し部9があるため、
注入パイプ1の挿入長を60mm以下に小さくしても熱の伝
導路を充分長くできる。従って外部から液体ヘリウムへ
の熱侵入量を小さく、かつ注入パイプ1と回転子の穴19
間の接触摺動を生じさせず、信頼性の高い冷媒供給装置
を実現することができる。
According to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, since the liquid helium injection pipe 1 has the folded portion 9 as described above,
Even if the insertion length of the injection pipe 1 is reduced to 60 mm or less, the heat conduction path can be made sufficiently long. Therefore, the amount of heat that enters the liquid helium from the outside is small, and the injection pipe 1 and the rotor
Thus, a highly reliable refrigerant supply device can be realized without causing contact sliding between them.

この実施例による冷媒供給装置では、液体ヘリウムだ
けでなく、液体窒素そのたの冷媒の供給装置にも適用で
きる。
The refrigerant supply device according to this embodiment can be applied not only to liquid helium but also to liquid nitrogen and other refrigerant supply devices.

第4図は第1図の2重管からなる注入パイプ1の真空
断熱層2を熱伝導率の小さい材料23で中実にしたもので
ある。低熱伝導材料としては、PTFE等のプラスチック材
料あるいはセラミックス材料等がある。本実施例によれ
ば上記の注入パイプの機械的強度を高めることができ、
かつ冷媒への熱侵入量を小さくできる。
FIG. 4 shows the vacuum heat insulating layer 2 of the injection pipe 1 composed of the double pipe of FIG. 1 made of a material 23 having a low thermal conductivity. Examples of the low heat conductive material include a plastic material such as PTFE or a ceramic material. According to this embodiment, it is possible to increase the mechanical strength of the injection pipe,
In addition, the amount of heat entering the refrigerant can be reduced.

第5図は第1図の注入パイプ部を拡大したものであ
る。本図では回転子の張り出し部10と注入パイプの折り
返し部9で構成される外側ギャップdが内側ギャップd'
よりも大きくなるように構成されている。
FIG. 5 is an enlarged view of the injection pipe section of FIG. In this figure, the outer gap d constituted by the rotor overhanging portion 10 and the injection pipe turn-up portion 9 is replaced by the inner gap d '.
It is configured to be larger than.

従来、液体ヘリウム注入パイプと回転子の穴内壁との
半径ギャップは0.5mm以下に抑えないとこのギャップ内
においてヘリウムガスの対流が激しくなり、それに伴う
熱の侵入量が増大するといわれていた。しかし我々の計
算によると、ギャップ部の対流により300Kの常温から低
温Tc側へ侵入する侵入熱量は、低温側温度Tcが約15K以
上では殆ど無視できることがわかった(第6図参照)。
この理由は、ヘリウムの粘度及び密度と温度の関係によ
り、Tcが15K以上の比較的高温範囲では対流による熱移
送量が非常に小さくなるためである。
Conventionally, it has been said that unless the radial gap between the liquid helium injection pipe and the inner wall of the rotor hole is reduced to 0.5 mm or less, convection of the helium gas will increase in this gap, and the heat penetration will increase accordingly. However, according to our calculations, the amount of heat that enters the low-temperature Tc side from room temperature of 300 K due to convection in the gap is almost negligible when the low-temperature side temperature Tc is about 15 K or more (see FIG. 6).
The reason is that, due to the relationship between the viscosity and density of helium and the temperature, the amount of heat transfer by convection becomes very small in a relatively high temperature range where Tc is 15 K or more.

第5図に示したようにベイオネット部の構造を折り返
しタイプにすると、折り返し部1b,6b部の温度が15Kより
充分高くなる。したがって外側ギャップ部のギャップ幅
dを多少大きくしても、対流による熱侵入量は殆ど無視
できる。
When the structure of the bayonet portion is a folded type as shown in FIG. 5, the temperature of the folded portions 1b and 6b becomes sufficiently higher than 15K. Therefore, even if the gap width d of the outer gap portion is slightly increased, the amount of heat penetration due to convection can be almost ignored.

本実施例では内側ギャップd'を0.5mm以下にしてヘリ
ウムガスの対流を押さえている。外側ギャップdを0.5m
mより大きくしても、対流による熱侵入量は上記のよう
に充分小さくできるので、液体ヘリウムへの全熱侵入量
を許容値以下におさえることは容易である。
In this embodiment, the convection of the helium gas is suppressed by setting the inner gap d 'to 0.5 mm or less. Outer gap d is 0.5m
Even if it is larger than m, the amount of heat penetration by convection can be made sufficiently small as described above, so that it is easy to keep the total amount of heat penetration into liquid helium below an allowable value.

この実施例によれば、液体ヘリウム注入パイプに折り
返し部9をもうけて挿入長を短くし、かつ外側ギャップ
dを大きくしてあるので、注入パイプの挿入がし易くか
つ機械的信頼性が非常に向上する。
According to this embodiment, since the insertion length is shortened and the outer gap d is increased by providing the folded portion 9 in the liquid helium injection pipe, the insertion of the injection pipe is easy and the mechanical reliability is very high. improves.

第7図から第10図は外側ギャップd部に摺動性が良く
かつ低熱伝導率の材料からなるブッシュをはめ込み、ギ
ャップdを小さくしたものである。
FIGS. 7 to 10 show a bush made of a material having good slidability and low thermal conductivity fitted into the outer gap d to reduce the gap d.

即ち第7図では、ブッシュ12を回転子の張り出し部10
にはめ込み、ギャップdを狭くして対流をおさえてい
る。ブッシュ材質としてはPTFE、ポリイミド等の高分子
材料等の摺動性が良く熱伝導の小さいものが適してい
る。これにより、注入パイプの挿入長を短くできること
はもとより、外側ギャップ部での対流による熱侵入量を
より一層減少させ、万一外側ギャップ間に接触摺動が生
じても、機械的損耗を防止することができる。
That is, in FIG. 7, the bush 12 is connected to the overhang portion 10 of the rotor.
And the convection is suppressed by narrowing the gap d. As the bushing material, a material having good slidability and low heat conduction, such as a polymer material such as PTFE and polyimide, is suitable. As a result, not only the insertion length of the injection pipe can be shortened, but also the amount of heat penetration due to convection in the outer gap portion is further reduced, and even if contact sliding occurs between the outer gap portions, mechanical wear is prevented. be able to.

第8図は第7図におけるブッシュ12を液体ヘリウム注
入パイプ側に装着したものである。この実施例によれ
ば、第5図の実施例と同様の効果が期待できるばかりで
なく、ブッシュ12'が非回転側部材に装着されているた
め、ブッシュ12'の回転による破壊を防止することもで
きる。
FIG. 8 shows a state in which the bush 12 in FIG. 7 is mounted on the liquid helium injection pipe side. According to this embodiment, not only the same effects as in the embodiment of FIG. 5 can be expected, but also because the bush 12 'is mounted on the non-rotating side member, the bush 12' can be prevented from being broken by rotation. Can also.

第9図は第7図同様に低熱伝導の摺動材からなるブッ
シュを回転子の張り出し部10にはめ込んだものである。
但し、このブッシュ13には同心状の突起13aが複数個つ
いている。この同心状の突起間隔をガス対流の必要長以
下にとれば、外側ギャップdでのガス対流を防止できる
ため、ギャップ幅dをより一層大きくすることができ
る。また万一このギャップ間に接触摺動が生じても、突
起部13aだけが接触するため、摺動による摩耗粉の量を
少なくでき、液体ヘリウムの汚染をおさせることができ
る。
FIG. 9 shows a state in which a bush made of a sliding material having low thermal conductivity is fitted into the overhang portion 10 of the rotor as in FIG.
However, the bush 13 has a plurality of concentric projections 13a. If the concentric protrusion interval is set to be equal to or less than the required length of gas convection, gas convection in the outer gap d can be prevented, so that the gap width d can be further increased. Also, even if contact sliding occurs between the gaps, only the protrusions 13a come into contact, so that the amount of abrasion powder due to the sliding can be reduced, and liquid helium can be contaminated.

第10図は第9図で示した同心状突起13'a付きブッシュ
13'を非回転側である液体ヘリウム注入パイプ1に固定
したものである。この場合も第9図で示した実施例同様
の効果が期待できるばかりでなく、ブッシュ13'の回転
力による破損を防止することもできる。
FIG. 10 shows a bush with concentric projections 13'a shown in FIG.
13 'is fixed to the liquid helium injection pipe 1 on the non-rotating side. In this case as well, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 9 can be expected, and also, it is possible to prevent the bush 13 'from being damaged by the rotational force.

第11図は回転子と軸受5を介して一体となっている非
回転の固定カバー11と液体ヘリウム注入パイプ1の間
に、スライドベアリング14を配置したものである。この
実施例によれば液体ヘリウム注入パイプ1を装着する際
に、上記のスライドベアリング14がガイドとなるため、
回転子の穴19の内壁と液体ヘリウム注入パイプ1との接
触を防止して安全な装着が可能となる。
FIG. 11 shows a slide bearing 14 disposed between the non-rotating fixed cover 11 and the liquid helium injection pipe 1 which are integrated with the rotor via the bearing 5. According to this embodiment, the slide bearing 14 serves as a guide when the liquid helium injection pipe 1 is mounted.
The contact between the inner wall of the hole 19 of the rotor and the liquid helium injection pipe 1 is prevented, and safe mounting is enabled.

第12図は液体ヘリウム注入パイプ1の挿入長L'に比し
て、スライドベアリング14のスライド長を大きくしたも
のである。このようにすることにより装着作業の際、液
体ヘリウム注入パイプ1の先端部1aが回転子の先端部6b
に到達する前に、スライドベアリング14により注入パイ
プ1がガイドされるため、より安全に装着作業を行うこ
とができる。
FIG. 12 shows that the slide length of the slide bearing 14 is longer than the insertion length L ′ of the liquid helium injection pipe 1. In this manner, during the mounting operation, the tip 1a of the liquid helium injection pipe 1 is moved to the tip 6b of the rotor.
Before reaching, the injection pipe 1 is guided by the slide bearing 14, so that the mounting operation can be performed more safely.

第13図は注入パイプ1の先端部に張り出し部16をもう
け、そこに摺動材料からなるリング15を取り付けたもの
である。摺動リング15はパイプの張り出し部16の突起1
6',16"間に取り付けられ、はずれないようになってい
る。また摺動リング15の外径dは液体ヘリウム注入パイ
プ1の注入部の外径d'よりも多少大きくなっている。摺
動リング15の材質としてはPTFE、ポリイミド等の高分子
材料あるいは金、銀等の軟質金属等が適している。この
実施例によれば、異常振動等により万一注入パイプ1の
先端部が回転子の穴19の内壁に接触しても、摺動リング
15が先に接触するため、液体ヘリウム注入パイプ1は直
接機械的損傷を受ける事無く、安全に液体ヘリウムを回
転子内に注入することができる。
FIG. 13 shows an injection pipe 1 having a protruding portion 16 at the end thereof and a ring 15 made of a sliding material attached thereto. The sliding ring 15 is the protrusion 1 on the overhang 16 of the pipe.
The outer diameter d of the sliding ring 15 is slightly larger than the outer diameter d 'of the injection part of the liquid helium injection pipe 1. Suitable material for the moving ring 15 is a polymer material such as PTFE or polyimide, or a soft metal such as gold or silver, etc. According to this embodiment, the tip of the injection pipe 1 is rotated due to abnormal vibration or the like. Even if it touches the inner wall of
The liquid helium injection pipe 1 can safely inject the liquid helium into the rotor without being directly mechanically damaged, because the liquid 15 contacts first.

第14図は液体ヘリウム注入パイプ1の2重管からなる
挿入部分にパイプの半径方向に連通した小孔18を複数個
あけたものである。またこの小孔18があいている注入パ
イプ先端部と液体ヘリウム注入パイプ1の本体とはベロ
ーズ17,17'で連結されており、注入パイプ先端部は自在
に変動可能かつこの注入パイプの2重管内は真空層2を
維持できるようになっている。この構造の場合、液体ヘ
リウムは注入パイプ1を流れる途中、小孔18の壁を伝導
して液体ヘリウムに侵入する熱によりその一部がガス化
する。ガス化したヘリウムは小孔18を通って注入パイプ
1の内側から外側に漏れでる。小孔18の穴径を適当に小
さくし、かつ注入パイプ1の外径と回転子の穴内径との
ギャップdを充分小さくすれば、ギャップd部ではガス
ベアリングの効果が期待できる。この構造により異常振
動等により注入パイプ1と回転子の穴内壁とに相対変動
が生じても、上記のガスベアリングの圧力効果により、
両者の接触を防止して機械的損耗を防ぐことができる。
本実施例は従来型ベイオネット構造の冷媒給排機に使用
しても当然同様の効果を発揮する。
FIG. 14 shows the liquid helium injection pipe 1 in which a plurality of small holes 18 communicating with the pipe in the radial direction are formed in an insertion portion formed of a double pipe. The tip of the injection pipe having the small hole 18 and the main body of the liquid helium injection pipe 1 are connected by bellows 17, 17 ', and the tip of the injection pipe is freely movable and doubled. The inside of the tube can maintain the vacuum layer 2. In the case of this structure, a part of the liquid helium is gasified by the heat entering the liquid helium through the wall of the small hole 18 while flowing through the injection pipe 1. The gasified helium leaks from the inside of the injection pipe 1 to the outside through the small hole 18. If the diameter of the small hole 18 is appropriately reduced and the gap d between the outer diameter of the injection pipe 1 and the inner diameter of the rotor is sufficiently reduced, the effect of the gas bearing can be expected at the gap d. Due to this structure, even if the injection pipe 1 and the inner wall of the rotor bore fluctuate relative to each other due to abnormal vibration or the like, the pressure effect of the gas bearing described above causes
The contact between the two can be prevented to prevent mechanical wear.
The present embodiment naturally exerts the same effect even when used in a refrigerant supply / discharge device having a conventional bayonet structure.

第15図は第14図の実施例と同様に注入パイプ先端部と
液体ヘリウム注入パイプ1の本体とはベローズ17,17'で
連結されており、注入パイプ先端部は自在に変動可能か
つこの注入パイプの2重管内は真空層2を維持できるよ
うになっている。また上記の注入パイプの先端部には、
第13図の場合と同様に摺動リング材料がはめこまれてい
る。この構造により異常振動等により注入パイプ1と回
転子の穴内壁とに相対変動が生じても、上記のベローズ
の弾性変形により摺動リングと回転子穴の内壁が低い接
触面圧で接触し、両者の機械的損耗を防ぐことができ
る。本実施例は従来型ベイオネット構造の冷媒給排機に
使用しても当然同様の効果を発揮する。
FIG. 15 shows that the tip of the injection pipe and the main body of the liquid helium injection pipe 1 are connected by bellows 17, 17 'as in the embodiment of FIG. The vacuum layer 2 can be maintained in the double pipe. Also, at the tip of the above injection pipe,
The sliding ring material is inserted as in the case of FIG. Due to this structure, even if the injection pipe 1 and the inner wall of the hole of the rotor are relatively changed due to abnormal vibration or the like, the sliding ring and the inner wall of the rotor hole come into contact with a low contact pressure due to the elastic deformation of the bellows, Mechanical wear of both can be prevented. The present embodiment naturally exerts the same effect even when used in a refrigerant supply / discharge device having a conventional bayonet structure.

第16図は第14,15図と同じく、注入パイプの挿入部と
注入パイプ1の本体間をベローズ17,17'で結合したもの
である。また上記注入パイプの先端部にはリング状の磁
石22が取り付けられている。かつこのリング状磁石22と
対向した、回転子の穴18内壁部に超電導性を有する材料
21を全周にわたって接合されている。上記の超電導性を
有する材料としては、注入される冷媒の温度下で超電導
性を発揮するものであればよく、最近開発されている高
温超電導材料でもよい。とくに液体窒素を冷媒として使
用する冷媒供給装置では、この高温超電導材料が適して
いる。
FIG. 16 shows a state in which the insertion portion of the injection pipe and the main body of the injection pipe 1 are connected by bellows 17, 17 ′ as in FIGS. A ring-shaped magnet 22 is attached to the tip of the injection pipe. And a material having superconductivity on the inner wall of the hole 18 of the rotor facing the ring-shaped magnet 22.
21 is joined over the entire circumference. The material having superconductivity described above may be any material that exhibits superconductivity under the temperature of the injected refrigerant, and may be a recently developed high-temperature superconducting material. This high-temperature superconducting material is particularly suitable for a refrigerant supply device using liquid nitrogen as a refrigerant.

上記の磁石22と超電導リング材21との間には、マイス
ナー効果による反発力が発生するため、上記注入パイプ
1と回転子の穴18間に相対振動が発生しても両者の間の
接触摺動がおき難く、機械的損耗を防止できる。
Since a repulsive force is generated between the magnet 22 and the superconducting ring material 21 due to the Meissner effect, even if relative vibration occurs between the injection pipe 1 and the hole 18 of the rotor, the contact sliding between the two is performed. It is difficult for movement to occur and mechanical wear can be prevented.

上記の効果は,リング状磁石22を回転子の穴18内壁
に、また超電導リング材を注入パイプ1の先端にとりつ
けても同様に実現できる。
The above effects can be similarly achieved by attaching the ring-shaped magnet 22 to the inner wall of the rotor hole 18 and attaching the superconducting ring material to the tip of the injection pipe 1.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の冷媒供給装置によれば、外部から液体ヘリウ
ムの熱侵入量を小さく保つことができるので、液体ヘリ
ウムを熱効率良くかつ確実に回転子内部に注入すること
ができ、同時に機械部品間の接触摺動を防止してその損
耗を防止し、装置の信頼性を向上させることができる。
According to the refrigerant supply device of the present invention, the amount of heat infiltration of liquid helium from the outside can be kept small, so that liquid helium can be injected efficiently and reliably into the rotor, and at the same time, contact between mechanical parts Sliding can be prevented to prevent its wear and improve the reliability of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の冷媒供給装置の一実施例を示す断面
図、第2図は従来の冷媒供給装置の断面図、第3図は超
電導発電機の一般的構造を示す図、第4図,第5図及び
第7図ないし第16図はそれぞれ本発明の実施例を示す
図、第6図はベイオネット部の温度と熱侵入量の関係を
示す図である。 1……液体ヘリウム注入パイプ 2……真空層 3……ヘリウムガス戻り流路 4……シール 5……軸受 6……回転子 8……Oリング 9……注入パイプの折り返し部 10……回転子先端の張り出し部 11……固定カバー 12……低熱伝導率ブッシュ 13……低熱伝導率ブッシュ 14……スライドベアリング 15……摺動リング 16……注入パイプの張り出し部 16',16"……突起 17……ベローズ 18……小孔 19……回転子の中心穴 20……回転子本体 21……超電導リング材 22……リング状磁石 23……低熱伝導材 24……固定子巻線 25……液体ヘリウム 27……ヘリウム液化装置 28……超電導コイル 29……ヘリウム給排部 30……電流リード 31……軸受 32……穴部
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a refrigerant supply device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a conventional refrigerant supply device, FIG. 3 is a diagram showing a general structure of a superconducting generator, FIG. 5 and FIGS. 7 to 16 each show an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature of the bayonet portion and the amount of heat penetration. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid helium injection pipe 2 ... Vacuum layer 3 ... Helium gas return flow path 4 ... Seal 5 ... Bearing 6 ... Rotor 8 ... O-ring 9 ... Return part of injection pipe 10 ... Rotation Projection at tip of connector 11 Fixed cover 12 Low thermal conductivity bush 13 Low thermal conductivity bush 14 Slide bearing 15 Slide ring 16 Projection of injection pipe 16 ', 16 " Projection 17 Bellows 18 Small hole 19 Rotor center hole 20 Rotor body 21 Superconducting ring material 22 Ring magnet 23 Low thermal conductive material 24 Stator winding 25 … Liquid helium 27… Helium liquefaction device 28… Superconducting coil 29… Helium supply / discharge section 30… Current lead 31… Bearing 32… Hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−86713(JP,A) 特開 昭55−92550(JP,A) 特開 昭60−102873(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 55/04 H02K 9/00 ZAA ────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-54-86713 (JP, A) JP-A-55-92550 (JP, A) JP-A-60-102873 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H02K 55/04 H02K 9/00 ZAA

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転子先端の軸中心にあけられた穴に冷媒
を流通させる内側管と該内側管を包囲する外套管とから
構成し該内側管と外套管の間を密封した2重管からなる
注入パイプを挿入して冷媒を外部より該回転子内部に注
入する回転機械において、上記の軸中心にあけられた穴
を有する回転子先端部を軸中心に張り出し、上記2重管
からなる注入パイプの外套管に、中心軸に並行な折り返
し部を設け、該折り返し部が上記の回転子先端の張り出
し部を覆うようにし、上記回転子の先端部にあけられた
穴に挿入される注入パイプ先端部の外径を小さくして、
該小径部にリング状の摺動材料を設けたことを特徴とす
る冷媒供給装置。
1. A double pipe comprising an inner pipe through which a refrigerant flows through a hole formed at the center of the shaft at the tip of the rotor, and an outer pipe surrounding the inner pipe, wherein the inner pipe and the outer pipe are sealed. A rotary machine that inserts an injection pipe consisting of: and injects refrigerant into the interior of the rotor from the outside. The rotor tip having a hole drilled at the center of the shaft projects over the center of the shaft, and is formed of the double pipe. A return portion parallel to the central axis is provided on the outer tube of the injection pipe, the return portion covers the overhanging portion at the tip of the rotor, and the injection is inserted into a hole formed at the tip of the rotor. Reduce the outer diameter of the pipe tip,
A refrigerant supply device, wherein a ring-shaped sliding material is provided on the small diameter portion.
【請求項2】上記の2重管からなる注入パイプの内側管
と外套管の間が真空であることを特徴とする請求項1記
載の冷媒供給装置。
2. The refrigerant supply device according to claim 1, wherein a vacuum is provided between the inner tube and the outer tube of the double-pipe injection pipe.
【請求項3】上記の回転子先端の軸中心にあけられた穴
に挿入された上記注入パイプの外径と該穴の内径の差
が、上記回転子先端部に設けられた張り出し部の外径と
該張り出し部を覆う上記注入パイプの折り返し部の内径
との差よりも小さいことを特徴とする請求項1または2
に記載の冷媒供給装置。
3. The difference between the outer diameter of the injection pipe inserted into the hole formed at the center of the shaft at the tip of the rotor and the inner diameter of the hole is determined by the difference between the outside diameter of the overhang provided at the tip of the rotor. 3. The method according to claim 1, wherein a difference between a diameter of the injection pipe and an inner diameter of a folded portion of the injection pipe that covers the overhang is smaller than a difference between the diameter of the injection pipe and the inner diameter of the folded portion.
A refrigerant supply device according to claim 1.
【請求項4】固定子巻線と、該固定子巻線に相対する超
電導コイルを内臓し該超電導コイルを冷却する極低温冷
媒液体を貯蔵する回転子とを備えた超電導発電機におい
て、該回転子の先端に請求項1ないし3の中のいずれか
1項に記載の冷媒供給装置を設けたことを特徴とする超
電導発電機。
4. A superconducting generator comprising: a stator winding; and a rotor having a built-in superconducting coil facing the stator winding and storing a cryogenic refrigerant liquid for cooling the superconducting coil. A superconducting generator comprising a refrigerant supply device according to any one of claims 1 to 3 provided at a tip of a child.
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