JPH01276707A - コイル冷却装置、このコイル冷却装置を備えた常伝導磁石及びこのコイル冷却装置を備えた常伝導磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＩＩＨＲ−ＣＴ等の高磁場を発生する常伝導
コイル端面に、密着手段を介してその側面が密着される
冷却板と、前記コイルによって発生ずる熱を水冷管等で
熱交換を行う放熱手段とを備えたコイル冷却装置に関し
、更に詳しくは、前記密着面の熱伝達効率を向上したコ
イル冷却装置、このコイル冷却装置を備えた常伝導磁石
及びこのコイル冷却装置を備えた常伝導磁石の製造方法
に関する。

（従来の技術） ＮＨＲ−ＣＴ等で用いられる常伝導磁石は、導電コイル
に大電流を流すことによって高磁場を発生している、従
って、このコイル部には電流と抵抗の２乗の積に比例し
たジュール熱が発生し、温度上昇による抵抗率やコイル
体積変化などにより磁場強度が不安定になるなどの悪影
響が生じる。このため、直接コイル導線を水等で冷却す
る直接冷却方式、又は、コイル両側面に冷却手段を密着
する間接冷却方式によりコイル部の放熱が行われる。第
２図は、従来例の間接冷却型のコイル冷却装置とコイル
の概略図である。第２図において、１は高磁場を発生す
る常伝導磁石のコイル、２は熱伝導性の良好なアルミニ
ウムで構成され、内部に放熱用の水路３を備えた冷却板
である。このような冷却板２は、サーマルコンパウンド
等の密着手段を介してコイル１の側面に密着される。コ
イル１で発生した熱は、給水口４から給水され水路３を
循環し、排水口５から排水される冷却液によって奪われ
放出される。第３図は、従来例のコイル冷却装置をコイ
ルに取付けた状態での断面図である。

第３図において、第２図と同じものは同一の記号を用い
る。第３図において、６はコイル１及び冷却板２の密着
される端面（以後密着面と呼ぶ）に塗布されたサーマル
コンパウンド、７は前記密着面のサーマルコンパウンド
間に挾まれ、コイル１と水冷板２との電気的絶縁を行う
フィルム状のマイラである。この様な構成のコイル冷却
装置においては、コイル１で発生する熱は、コイル１側
面→サーマルコンパウンド６→マイラ７→サーマルコン
パウンド６→冷却板２側面→水路３→排水口５の順番で
伝達され放出されることにより、コイル１の温度上昇を
抑える。

（発明が解決しようとする課題） 一般的に、上記のように構成されたコイル冷却装置の密
着面においては、冷却効率を高めるために、コイルから
冷却板へ高い熱透過率が望まれる。

しかし、従来では、電気的絶縁に用いられているマイラ
の熱伝導率が金属等に比べて極めて低く、この部分が大
きな熱抵抗となってしまう、又、コイル側と冷却板側の
両方の端面に密着手段を塗布しなければならず、この密
着手段の厚みら熱抵抗となり、コイルから冷却板への熱
通過率を低下させている。この結果、冷却効率の低下か
ら、コイル部の温度上昇に起因する磁場強度ドリフトや
、温度安定までの立ち上がり時間が長くなり、安定した
高磁場が得られるまでの電力コストが高価になる等の問
題が生じる。又、フィルム状のマイラは傷つき易いため
、密着させる際の作業も慎重を要する作業となっていた
。

本発明は、コイルと冷却板との密着面における熱通過率
を向上させることにより、前記問題点を解消し、冷却効
率を向上し、且つ、コイル部への密着作業の容易なコイ
ル冷却装置、このコイル冷却装置を備えた常伝導磁石及
びこのコイル冷却装置を備えた常伝導磁石の製造方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、高磁場
を発生する常伝導コイルの端面に密着手段を介して側面
が密着される冷却板と、前記コイルによって発生する熱
を放出する放熱手段とを備えたコイル冷却装置、このコ
イル冷却装置を備えた常伝導磁石及びこのコイル冷却装
置を備えた常伝導磁石の製造方法において、前記冷却板
のコイル密着側面に陽極酸化表面処理を施すことを特徴
とする。

（作用） コイルと冷却板との電気的絶縁として、従来のものより
も高い電気絶縁性と熱伝導率を持ち、又、冷却板との熱
の伝達が金属結合による熱伝導であるアルミニウム陽極
酸化表面処理による酸化アルミニウム被膜を用いるなめ
、コイルから冷却板への密着面での熱通過率が向上する
と共に、絶縁手段のｆｉｌ的強度が従来よりも強くなり
コイル部への密着作業が容易になる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

第１図は本願発明の一実施例のコイル冷却装置をコイル
に取付けた状態での断面図である。

第１図において、第３図と同じものは同一の記号を用い
ている。第１図において、コイル１は長い帯状の導電性
の銅又はアルミニウムテープと電気絶縁性のテープ、例
えばノーメックス紙やマイラ又はカプトン等を重ねるか
、又は、アルミニウムテープを酸化処理したものを、電
気絶縁性で円筒形のボビン８に同心円状に巻き上げて作
られたシー　ｌ−ワインディング型コイルで、その側面
が機械加工などで平面に仕上げられている。水冷ジャケ
ット（冷却板）２はアルミニウム又はアルミニウム合金
で構成され、水冷ジャケット２のコイル１との密着面側
は拡大図に示すように、表面に陽極酸化表面処理が施さ
れており、酸化アルミニウム被１１１（Ａｌ□０．）１
２が生成されている。この酸化アルミニウム被膜１２は
、高い電気絶縁性を持つため、従来のマイラが不要とな
り、このためコイル１と水冷ジャケット２の間は、１層
のサーマルコンパウンド６を介して密着されている。水
冷ジャケット２は密着面の反対側から、ボルト１１によ
ってボビン８に固定された押えブロック１０及び、水冷
ジャケット２と押えブロック１０の間に挾まれたゴムス
ポンジ又は板ばねからなる弾性材９により、密着面方向
に押し付けられ、固定されている。ここで、酸化アルミ
ニウム被膜１２の機械的強度が、従来の電気的絶縁手段
であるマイラよりも強いため、密着作業における取扱い
が容易である。

以上の構成において、本実施例のコイル冷却装置の動作
を説明する。コイル１に電流を流すとジュール熱が発生
する。この熱は、コイル１側面→サーマルコンパウンド
６→酸化アルミニウム被膜１２→水冷ジャゲット２側面
→水路３→排水口５の順番で伝達され放出される。ここ
で、酸化アルミニウム被ＩＩ！１２層は、従来の絶縁手
段〈マイラ）よりも約１００倍高い熱伝導率を持ち、又
、水冷ジャケット２との熱の伝達が金属結合による熱伝
導であるため、電気絶縁層での熱伝導及び熱伝達効率が
向上する。又、前記のように、密着のためのサーマルコ
ンパウンド５がＩＮ省略できる分薄くなり、密着層にお
ける熱抵抗が低下し、密着層での熱伝導効率が向上する
。従って、コイル１から水冷ジャケット２への熱通過率
が向上する。

尚、本発明は上記実施例に限定するものではなく、特許
請求の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、放熱手段は水冷管によるものでなく、油等の池
の液体等によるものにしても良い。又、固定手段は、接
着材などを用い密着手段に兼ねさせても良い、更に、シ
ートワインディング型のコイルに限らず、例えば導電線
材を巻いた他の常伝導磁石のコイルの冷却に用いても良
い。

（発明の効果） 以上の説明の通り、本発明のコイル冷却装置、このコイ
ル冷却装置を備えた常伝導磁石及びこのコイル冷却装置
を備えた常伝導磁石の製造方法によれば、以下の効果が
得られる。即ち、高磁場を発生する常伝導コイルによっ
て発生する熱を放出する放熱手段と、コイルの端面に密
着手段を介して側面が密着されるアルミニウム又はアル
ミニウム合金で構成された冷却板を備えたコイル冷却装
置、このコイル冷却装置を備えた常伝導磁石及びこのコ
イル冷却装置を備えた常伝導磁石の製造方法において、
冷却板のコイル密着面に陽極酸化表面処理を施し、酸化
アルミニウム被膜をコイルと冷却板との電気的絶縁手段
とする。これにより、（１）酸化アルミニウム被膜は、
高い熱伝導率を有し、冷却板との熱の伝達が金属結合に
よる熱伝導であるため、従来より電気絶縁層での熱伝導
及び熱伝達効率が向上する。又、密着手段をコイル側と
冷却板側の両面に塗布する必要がなくなるため、密着層
も１層で済むため薄くなり、密着手段における熱抵抗が
低下し、密着層での熱伝導効率が向上する。

従って、コイルから冷却板への熱通過率が向上し、コイ
ル冷却装置の冷却効率が向上する。この結果、コイルの
温度上昇に起因する磁場強度ドリフトを防ぎ、安定した
高磁場が得られ、コイルの信頼性及び性能が向上すると
共に、温度安定までの立ち上がり時間が短くなり、電力
コストを安価にすることができる。

（２）酸化アルミニウム被膜の機械的強度が従来のマイ
ラによるものよりも強く、電気的絶縁手段の取扱いが容
易で、コイルと冷却板とを密着させる際の作業が容易に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の一実施例のコイル冷却装置をコイル
に取付けな状態での断面図、第２図は従来例の間接冷却
型のコイル冷却装置とコイルの概略図、第３図は従来例
のコイル冷却装置をコイルに取付けた状態での断面図で
ある。 １・・・コイル、２・・・冷却板、３・・・水路、４・
・・給水口、５・・・排水口、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、
   高磁場を発生する常伝導コイルの端面に密着手段を介し
   てその側面が密着される冷却板と、前記コイルによって
   発生する熱を放出する放熱手段とを備えたコイル冷却装
   置において、前記冷却板のコイル密着側面は陽極酸化表
   面処理が施されていることを特徴とするコイル冷却装置
   。
2. （２）高磁場を発生する常伝導コイルと、このコイルに
   よって発生する熱を放出する放熱手段及びアルミニウム
   又はアルミニウム合金からなり、前記コイルの端面に密
   着手段を介して密着される側面が陽極酸化表面処理され
   ている冷却板で構成されたコイル冷却装置とを備えるこ
   とを特徴とするコイル冷却装置を備えた常伝導磁石。
3. （３）アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された
   冷却板のコイル側面との密着端面に陽極酸化表面処理を
   施す第１の工程と、前記冷却板の密着端面、又は、前記
   コイル側面に密着手段を塗布する第二の工程と、前記コ
   イル側面と冷却板端面とを密着させ固定する第３の工程
   からなるコイル冷却装置を備えた常伝導磁石の製造方法
   。