JPH11329114A - 強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル - Google Patents
強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイルInfo
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- JPH11329114A JPH11329114A JP10136304A JP13630498A JPH11329114A JP H11329114 A JPH11329114 A JP H11329114A JP 10136304 A JP10136304 A JP 10136304A JP 13630498 A JP13630498 A JP 13630498A JP H11329114 A JPH11329114 A JP H11329114A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】安定性がより高い強制冷却超電導導体とそれを
用いた超電導コイルを提供する。 【解決手段】強制冷却超電導導体のコンジット１の内部
の撚り線部２とチャネル３とは、冷媒の交換が可能にな
るよう、チャネル３の壁面には貫通孔４が空けられてい
る。チャネル３は全長に渡って外径は同じであるが、よ
り高い安定性が求められる部分では、チャネル３の内径
を小さくする。
用いた超電導コイルを提供する。 【解決手段】強制冷却超電導導体のコンジット１の内部
の撚り線部２とチャネル３とは、冷媒の交換が可能にな
るよう、チャネル３の壁面には貫通孔４が空けられてい
る。チャネル３は全長に渡って外径は同じであるが、よ
り高い安定性が求められる部分では、チャネル３の内径
を小さくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導導体内に循
環する超臨界圧ヘリウムなどの冷媒により超電導導体が
冷却される強制冷却超電導導体に係り、特に、超電導体
の撚り線部と冷媒流路であるチャネルとが併設されてい
る強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル
に関する。
環する超臨界圧ヘリウムなどの冷媒により超電導導体が
冷却される強制冷却超電導導体に係り、特に、超電導体
の撚り線部と冷媒流路であるチャネルとが併設されてい
る強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル
に関する。
【０００２】
【従来の技術】強制冷却超電導導体の安定性を高める方
法については、特開平7−46137号公報および特開平8−8
3620号公報に述べられている。いずれも超電導線を数１
０〜数１００本撚り合わせ、これを束ねて金属製の鞘に
収めたケーブル・イン・コンジット導体（Cable-In-con
duit conductor）に関するものである。超電導導体の安
定性（すなわち、局所的な熱的外乱によって常電導転移
領域が導体全体に広がるクエンチと呼ばれる現象が発生
しにくい性質）は、超電導状態の導体が局所的に常電導
状態となる際に発生する熱を、冷媒によって除去するこ
とにより、向上させることができる。
法については、特開平7−46137号公報および特開平8−8
3620号公報に述べられている。いずれも超電導線を数１
０〜数１００本撚り合わせ、これを束ねて金属製の鞘に
収めたケーブル・イン・コンジット導体（Cable-In-con
duit conductor）に関するものである。超電導導体の安
定性（すなわち、局所的な熱的外乱によって常電導転移
領域が導体全体に広がるクエンチと呼ばれる現象が発生
しにくい性質）は、超電導状態の導体が局所的に常電導
状態となる際に発生する熱を、冷媒によって除去するこ
とにより、向上させることができる。
【０００３】特開平7−46137号公報では、熱伝導率の高
い導体の回りに超電導線を撚り線し、常電導転移した超
電導体からの発熱を導体に伝導させ速やかに除去するも
のである。特開平8−83620号公報は、超電導導体の撚り
線の表面に突起などを設け、あるいは撚り線を細線化
し、超電導導体の撚り線の表面積を増加させることによ
り、冷媒への熱伝達を促進しようとするものである。
い導体の回りに超電導線を撚り線し、常電導転移した超
電導体からの発熱を導体に伝導させ速やかに除去するも
のである。特開平8−83620号公報は、超電導導体の撚り
線の表面に突起などを設け、あるいは撚り線を細線化
し、超電導導体の撚り線の表面積を増加させることによ
り、冷媒への熱伝達を促進しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、超電導撚り線を加工する必要があるため、撚り線
の製造工数が増え、線材価格が高くなり、また、超電導
撚り線自身も損傷し易くなる。一方、上記のような方法
を取らず、冷媒流速を大きくすることにより超電導撚り
線から冷媒への熱伝達を向上させることも可能である。
しかし、冷媒流速のほぼ２乗に比例して圧力損失が増大
し冷媒流量も大きくなるため、冷媒循環ポンプの容量の
増大を招く。本発明の目的は、安定性がより高い強制冷
却超電導導体とそれを用いた超電導コイルを提供するこ
とにある。
では、超電導撚り線を加工する必要があるため、撚り線
の製造工数が増え、線材価格が高くなり、また、超電導
撚り線自身も損傷し易くなる。一方、上記のような方法
を取らず、冷媒流速を大きくすることにより超電導撚り
線から冷媒への熱伝達を向上させることも可能である。
しかし、冷媒流速のほぼ２乗に比例して圧力損失が増大
し冷媒流量も大きくなるため、冷媒循環ポンプの容量の
増大を招く。本発明の目的は、安定性がより高い強制冷
却超電導導体とそれを用いた超電導コイルを提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、チャネルが、冷媒の流路抵抗が最も小さい
低抵抗チャネル部と、低抵抗チャネル部よりも冷媒の流
路抵抗が大きい高抵抗チャネル部とを有することにあ
る。
明の特徴は、チャネルが、冷媒の流路抵抗が最も小さい
低抵抗チャネル部と、低抵抗チャネル部よりも冷媒の流
路抵抗が大きい高抵抗チャネル部とを有することにあ
る。
【０００６】高抵抗チャネル部は冷媒の流路抵抗が大き
いので、冷媒の流量が低抵抗チャネル部より少ない。冷
媒の流量が少ない分、高抵抗チャネル部に並行する撚り
線部に流れる冷媒の流量は、低抵抗チャネル部に並行す
る撚り線部よりも、多い。従って、高抵抗チャネル部に
並行する撚り線部では、冷媒の流速が、低抵抗チャネル
部に並行する撚り線部よりも、大きい。冷媒の流速が大
きくなった撚り線部では、冷媒によって除去される熱が
多くなるので、強制冷却超電導導体の安定性が高まる。
いので、冷媒の流量が低抵抗チャネル部より少ない。冷
媒の流量が少ない分、高抵抗チャネル部に並行する撚り
線部に流れる冷媒の流量は、低抵抗チャネル部に並行す
る撚り線部よりも、多い。従って、高抵抗チャネル部に
並行する撚り線部では、冷媒の流速が、低抵抗チャネル
部に並行する撚り線部よりも、大きい。冷媒の流速が大
きくなった撚り線部では、冷媒によって除去される熱が
多くなるので、強制冷却超電導導体の安定性が高まる。
【０００７】強制冷却超電導導体の全長に渡ってチャネ
ルの流路抵抗を大きくしたのでは、冷媒流量は大幅に減
少してしまうが、安定性を高めたい所のチャネルの流路
抵抗を大きくすれば、冷媒流量の減少を小さく抑え、か
つ、安定性を高めることができる。
ルの流路抵抗を大きくしたのでは、冷媒流量は大幅に減
少してしまうが、安定性を高めたい所のチャネルの流路
抵抗を大きくすれば、冷媒流量の減少を小さく抑え、か
つ、安定性を高めることができる。
【０００８】高抵抗チャネル部には、低抵抗チャネル部
よりも冷媒流路の大きさを小さくしたものを用いればよ
い。また、冷媒流路に冷媒の流れを妨げる障害物を設け
てもよい。
よりも冷媒流路の大きさを小さくしたものを用いればよ
い。また、冷媒流路に冷媒の流れを妨げる障害物を設け
てもよい。
【０００９】また、本発明の他の特徴は、超電導コイル
の内側から１回目または２回目に巻線された強制冷却超
電導導体が高抵抗チャネル部を有することにある。超電
導コイルは内周側の磁場が強く、この部分の強制冷却超
電導導体が高抵抗チャネル部を有すれば、超電導コイル
の安定性がより高まる。
の内側から１回目または２回目に巻線された強制冷却超
電導導体が高抵抗チャネル部を有することにある。超電
導コイルは内周側の磁場が強く、この部分の強制冷却超
電導導体が高抵抗チャネル部を有すれば、超電導コイル
の安定性がより高まる。
【００１０】また、本発明の他の特徴は、超電導コイル
の各巻線ごとの制限電流値が内側から３回巻線までに、
高から低になる腰折点をもつことにある。超電導コイル
は内周側の磁場が強いので、従来の超電導コイルの制限
電流値は内周側ほど小さいが、超電導コイルの内周側の
制限電流値を高くすれば、超電導コイルの各巻線ごとの
制限電流値は高から低になる腰折点をもつようになる。
腰折点の制限電流値は、従来の内周側の制限電流値より
も高いので、超電導コイルの安定性をより高めることが
できる。
の各巻線ごとの制限電流値が内側から３回巻線までに、
高から低になる腰折点をもつことにある。超電導コイル
は内周側の磁場が強いので、従来の超電導コイルの制限
電流値は内周側ほど小さいが、超電導コイルの内周側の
制限電流値を高くすれば、超電導コイルの各巻線ごとの
制限電流値は高から低になる腰折点をもつようになる。
腰折点の制限電流値は、従来の内周側の制限電流値より
も高いので、超電導コイルの安定性をより高めることが
できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】初めに、超電導コイルにおける冷
媒流量と制限電流の関係について説明する。超電導コイ
ルの安定性は、超電導導体のおかれる局所的な磁場や温
度に敏感である。長尺の超電導導体で作った超電導コイ
ルについては、冷媒温度が高い部分や磁場が大きい部分
は安定性が低い。
媒流量と制限電流の関係について説明する。超電導コイ
ルの安定性は、超電導導体のおかれる局所的な磁場や温
度に敏感である。長尺の超電導導体で作った超電導コイ
ルについては、冷媒温度が高い部分や磁場が大きい部分
は安定性が低い。
【００１２】超電導コイルの安定性は最も安定性の低い
部分で評価されるため、安定性が低いところが局所的に
あれば、そこの安定性を改善することで、超電導コイル
の全体の安定性が高まる。
部分で評価されるため、安定性が低いところが局所的に
あれば、そこの安定性を改善することで、超電導コイル
の全体の安定性が高まる。
【００１３】超電導コイルの安定性の定量的な指標の一
つは、「吉田 清、強制冷却方式による大型超電導コイ
ルの安定性と保護の研究、ＪＡＥＲＩ−Ｍ ９２−１１
９、ｐ.７７、日本原子力研究所（１９９２年)」によれ
ば、（数１）で表される制限電流である。
つは、「吉田 清、強制冷却方式による大型超電導コイ
ルの安定性と保護の研究、ＪＡＥＲＩ−Ｍ ９２−１１
９、ｐ.７７、日本原子力研究所（１９９２年)」によれ
ば、（数１）で表される制限電流である。
【００１４】
【数１】Ｉlim＝{ｐhA Cu(Ｔc−Ｔb)／ρ}0.5 ｐ ：撚り線の冷却ペリメータ（ｍ） ｈ ：撚り線から冷媒への熱伝達係数（ｗ／ｍ2Ｋ)∝ｖ
0.8 ｖ ：冷媒流速（ｍ／ｓ） ＡCu：安定化銅の断面積（ｍ3） Ｔc ：臨界温度（Ｋ） Ｔb ：冷媒温度（Ｋ） ρ ：銅の抵抗率（Ωｍ） （数１）に示す制限電流は、撚り線での常電導転移によ
るジュール発熱量と、冷媒への熱伝達による冷却量が等
しくなる電流値を示す。超電導コイルに流れる電流が制
限電流より小さければ、超電導導体の発熱は冷媒によっ
て十分に除去される。すなわち、制限電流が大きい超電
導コイルほど、超電導導体の安定性が高い。
0.8 ｖ ：冷媒流速（ｍ／ｓ） ＡCu：安定化銅の断面積（ｍ3） Ｔc ：臨界温度（Ｋ） Ｔb ：冷媒温度（Ｋ） ρ ：銅の抵抗率（Ωｍ） （数１）に示す制限電流は、撚り線での常電導転移によ
るジュール発熱量と、冷媒への熱伝達による冷却量が等
しくなる電流値を示す。超電導コイルに流れる電流が制
限電流より小さければ、超電導導体の発熱は冷媒によっ
て十分に除去される。すなわち、制限電流が大きい超電
導コイルほど、超電導導体の安定性が高い。
【００１５】（数１）より明らかなように、制限電流は
熱伝達係数の０.６ 乗に比例し、また、「電気学会編、
超電導工学改訂版、ｐ.１１６ 、オーム社、東京、１９
８８年」によれば、熱伝達係数は冷媒流速の０.８乗 に
比例する。したがって、制限電流は冷媒流速の０.４ 乗
に比例する。
熱伝達係数の０.６ 乗に比例し、また、「電気学会編、
超電導工学改訂版、ｐ.１１６ 、オーム社、東京、１９
８８年」によれば、熱伝達係数は冷媒流速の０.８乗 に
比例する。したがって、制限電流は冷媒流速の０.４ 乗
に比例する。
【００１６】導体断面の中心にチャネルを持ち、撚り線
部とチャネルの両方を流れる強制冷却超電導導体の場
合、撚り線部の冷媒流量は超電導コイルの安定性に寄与
し、チャネルの冷媒流量は運転中の発熱の除去や、室温
から極低温までの冷却時間の短縮等に寄与する。
部とチャネルの両方を流れる強制冷却超電導導体の場
合、撚り線部の冷媒流量は超電導コイルの安定性に寄与
し、チャネルの冷媒流量は運転中の発熱の除去や、室温
から極低温までの冷却時間の短縮等に寄与する。
【００１７】チャネルと撚り線部は冷媒が流れる並列回
路と見なすことができる。チャネルの内径を狭めて、あ
るいは局所的に障害物を設けてチャネルの流路抵抗を増
加させると、撚り線部の流路抵抗は相対的に小さくなる
ので、撚り線部により多くの冷媒が流れるようになる。
従って、撚り線部での冷媒の流速が大きくなる。撚り線
から冷媒への熱伝達は、冷媒流速のおよそ０.４ 乗に比
例して向上するから、冷媒の流速が大きくなった撚り線
部では、超電導導体の安定性が高まり、クエンチしにく
くなる。
路と見なすことができる。チャネルの内径を狭めて、あ
るいは局所的に障害物を設けてチャネルの流路抵抗を増
加させると、撚り線部の流路抵抗は相対的に小さくなる
ので、撚り線部により多くの冷媒が流れるようになる。
従って、撚り線部での冷媒の流速が大きくなる。撚り線
から冷媒への熱伝達は、冷媒流速のおよそ０.４ 乗に比
例して向上するから、冷媒の流速が大きくなった撚り線
部では、超電導導体の安定性が高まり、クエンチしにく
くなる。
【００１８】超電導コイル全長に渡ってチャネルの流路
抵抗を大きくしたのでは、冷媒流量は大幅に減少してし
まうが、局所的に流路抵抗を大きくするのであれば、冷
媒流量の減少を小さく抑えることができる。
抵抗を大きくしたのでは、冷媒流量は大幅に減少してし
まうが、局所的に流路抵抗を大きくするのであれば、冷
媒流量の減少を小さく抑えることができる。
【００１９】次に本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】本発明の実施例である強制冷却超電導導体
を図１に示す。本実施例の強制冷却超電導導体は、外周
を覆うコンジット１の内部に、超電導線を撚り線した撚
り線部２および冷媒である超臨界圧ヘリウムが流れるチ
ャネル３を持つ。チャネル３の壁面には、撚り線部２と
チャネル３とで冷媒の交換が可能になるよう、貫通孔４
が空けられており、冷媒は撚り線部２およびチャネル３
の両方を流れる。チャネル３は全長に渡って外径は同じ
であるが、内径は要求される超電導導体の安定性によっ
て異なる。より高い安定性が求められる部分では、チャ
ネル３の内径を小さくする。
を図１に示す。本実施例の強制冷却超電導導体は、外周
を覆うコンジット１の内部に、超電導線を撚り線した撚
り線部２および冷媒である超臨界圧ヘリウムが流れるチ
ャネル３を持つ。チャネル３の壁面には、撚り線部２と
チャネル３とで冷媒の交換が可能になるよう、貫通孔４
が空けられており、冷媒は撚り線部２およびチャネル３
の両方を流れる。チャネル３は全長に渡って外径は同じ
であるが、内径は要求される超電導導体の安定性によっ
て異なる。より高い安定性が求められる部分では、チャ
ネル３の内径を小さくする。
【００２１】チャネル３には、図２に示すような、外径
が同じで内径の異なる２種のパイプ３ａおよび３ｂが用
いられる。通常の超電導導体の安定性を要する部分には
内径の大きいパイプ３ａを用い、超電導導体の安定性を
より高くしたい部分には内径の小さいパイプ３ｂを用
い、これらを溶接等によりつなぐ。外径をほぼ等しくし
てあるため、溶接等による接続作業後、接続部表面を滑
らかに加工すれば、超電導撚り線に機械的な損傷を与え
る恐れもない。
が同じで内径の異なる２種のパイプ３ａおよび３ｂが用
いられる。通常の超電導導体の安定性を要する部分には
内径の大きいパイプ３ａを用い、超電導導体の安定性を
より高くしたい部分には内径の小さいパイプ３ｂを用
い、これらを溶接等によりつなぐ。外径をほぼ等しくし
てあるため、溶接等による接続作業後、接続部表面を滑
らかに加工すれば、超電導撚り線に機械的な損傷を与え
る恐れもない。
【００２２】また、図３に示すように、帯状の材料５
ａ，５ｂをスパイラル状に巻いたものを用いてもよい。
隙間６が貫通孔４と同じ役割をする。厚さが異なる帯状
の材料５ａ，５ｂを外径が等しくなるように巻けば、内
径が異なるパイプを作ることができる。また、図４に示
すように、棒状の障害物８をチャネル３を横切って挿入
することによりチャネル３の流路抵抗を大きくしてもよ
い。棒状の障害物８はチャネル３の壁面に溶接等により
固定する。溶接後、チャネル外表面を滑らかにする。
ａ，５ｂをスパイラル状に巻いたものを用いてもよい。
隙間６が貫通孔４と同じ役割をする。厚さが異なる帯状
の材料５ａ，５ｂを外径が等しくなるように巻けば、内
径が異なるパイプを作ることができる。また、図４に示
すように、棒状の障害物８をチャネル３を横切って挿入
することによりチャネル３の流路抵抗を大きくしてもよ
い。棒状の障害物８はチャネル３の壁面に溶接等により
固定する。溶接後、チャネル外表面を滑らかにする。
【００２３】本実施例の強制冷却超電導導体の製造方法
を図５を用いて説明する。チャネル用ドラム９から繰り
出されるチャネル３の回りに、撚り線用ドラム１０から
超電導撚り線２を撚り合わせ、さらにコンジット用ドラ
ム１１からコンジット１を巻き付け、成形用ローラ１２
にて成形した後、溶接機１３により溶接，一体化する。
これを線引き機１４により引き延ばし製品形状とする
が、非破壊検査等の検査装置１５によりチャネル３の内
部形状を検査し、内部形状が変化した位置をマーキング
し、その後製品用ドラム１６に巻き取る。マーキングに
よりコイル製作時、チャネル形状を変化させた導体領域
を特定でき、超電導コイルの所望の位置にその領域を配
置することができる。
を図５を用いて説明する。チャネル用ドラム９から繰り
出されるチャネル３の回りに、撚り線用ドラム１０から
超電導撚り線２を撚り合わせ、さらにコンジット用ドラ
ム１１からコンジット１を巻き付け、成形用ローラ１２
にて成形した後、溶接機１３により溶接，一体化する。
これを線引き機１４により引き延ばし製品形状とする
が、非破壊検査等の検査装置１５によりチャネル３の内
部形状を検査し、内部形状が変化した位置をマーキング
し、その後製品用ドラム１６に巻き取る。マーキングに
よりコイル製作時、チャネル形状を変化させた導体領域
を特定でき、超電導コイルの所望の位置にその領域を配
置することができる。
【００２４】次に、本実施例により安定性が改善される
ことを定量的に説明する。
ことを定量的に説明する。
【００２５】図６に、シングルパンケーキコイル７を２
０個重ねたパンケーキ巻コイルを示す。図７に、シング
ルパンケーキコイル７の断面構造を示す。シングルパン
ケーキコイル７は本実施例の強制冷却超電導導体を９タ
ーン巻き線して作られる。冷媒の超臨界圧ヘリウムは、
各シングルパンケーキ７毎にコイルの最内周ターンから
流入し、最外周ターンから流出する。
０個重ねたパンケーキ巻コイルを示す。図７に、シング
ルパンケーキコイル７の断面構造を示す。シングルパン
ケーキコイル７は本実施例の強制冷却超電導導体を９タ
ーン巻き線して作られる。冷媒の超臨界圧ヘリウムは、
各シングルパンケーキ７毎にコイルの最内周ターンから
流入し、最外周ターンから流出する。
【００２６】シングルパンケーキコイル７の冷媒流路の
等価回路を図８に示す。各ターンとも、撚り線部２の流
路抵抗Ｒ2 とチャネル３の流路抵抗Ｒ3 が並列に設置さ
れ、冷媒循環ポンプの圧力Ｖにより、冷媒流量Ｉ2 およ
びＩ3 が発生する。
等価回路を図８に示す。各ターンとも、撚り線部２の流
路抵抗Ｒ2 とチャネル３の流路抵抗Ｒ3 が並列に設置さ
れ、冷媒循環ポンプの圧力Ｖにより、冷媒流量Ｉ2 およ
びＩ3 が発生する。
【００２７】シングルパンケーキコイル７では、第１タ
ーンのチャネル３の内径を小さくし、第２ターンから第
９ターンでは大きくする。第１ターンの撚り線部２の流
路抵抗Ｒ21とチャネル３の流路抵抗Ｒ31の比をＲ21：Ｒ
31＝ｒ：２ｒ＝１：２とする。第２ターンから第９ター
ンの撚り線部２の流路抵抗Ｒ2nとチャネル３の流路抵抗
Ｒ3nの比をＲ2n：Ｒ3n＝ｒ：ｒ＝１：１とする。
ーンのチャネル３の内径を小さくし、第２ターンから第
９ターンでは大きくする。第１ターンの撚り線部２の流
路抵抗Ｒ21とチャネル３の流路抵抗Ｒ31の比をＲ21：Ｒ
31＝ｒ：２ｒ＝１：２とする。第２ターンから第９ター
ンの撚り線部２の流路抵抗Ｒ2nとチャネル３の流路抵抗
Ｒ3nの比をＲ2n：Ｒ3n＝ｒ：ｒ＝１：１とする。
【００２８】図９に、第１ターンにのみチャネル３の内
径を小さくしたシングルパンケーキコイル７の冷媒流量
と、第１ターンから第９ターンまで内径が大きい従来型
のシングルパンケーキコイルの冷媒流量との違いを示
す。
径を小さくしたシングルパンケーキコイル７の冷媒流量
と、第１ターンから第９ターンまで内径が大きい従来型
のシングルパンケーキコイルの冷媒流量との違いを示
す。
【００２９】シングルパンケーキコイル７は、従来型と
比べて、全流量Ｉは６.３％ 減少し(（６／１９）／
（１／３）＝０.９４７）、第２ターン以降の撚り線部
２の流量Ｉ2nも同じく６.３％減少するが、第１ターン
の撚り線部２の流量Ｉ21は４２.１％増加する（（３／
１９）／（１／９）＝１.４２１）。
比べて、全流量Ｉは６.３％ 減少し(（６／１９）／
（１／３）＝０.９４７）、第２ターン以降の撚り線部
２の流量Ｉ2nも同じく６.３％減少するが、第１ターン
の撚り線部２の流量Ｉ21は４２.１％増加する（（３／
１９）／（１／９）＝１.４２１）。
【００３０】図１０に、シングルパンケーキコイル７と
従来型のシングルパンケーキコイルについて、各ターン
の温度，磁場および制限電流を示す。冷媒温度は第１タ
ーンが最も低く、下流にいくほど高くなるが大きな影響
はない。コイルの作る磁場は、第１ターンが最も高く、
外周に移動するにつれ減少していき再び若干増加する。
超電導体の臨界温度は、磁場分布に強く依存し、第１タ
ーンが最も低くなる。従来型では、制限電流は第１ター
ンで最も低く運転電流の１.１３ 倍であり、これがコイ
ルの安定性を規定する。
従来型のシングルパンケーキコイルについて、各ターン
の温度，磁場および制限電流を示す。冷媒温度は第１タ
ーンが最も低く、下流にいくほど高くなるが大きな影響
はない。コイルの作る磁場は、第１ターンが最も高く、
外周に移動するにつれ減少していき再び若干増加する。
超電導体の臨界温度は、磁場分布に強く依存し、第１タ
ーンが最も低くなる。従来型では、制限電流は第１ター
ンで最も低く運転電流の１.１３ 倍であり、これがコイ
ルの安定性を規定する。
【００３１】シングルパンケーキコイル７では、第１タ
ーンの制限電流は運転電流の1.29倍となり、第２ターン
の制限電流が１.２０ 倍とやや下がり、コイルの安定性
は、第２ターンの制限電流で規定される。従って、超電
導コイル安定性のマージンが１３％から２０％へと１.
６ 倍以上高めることができる。また、このマージンが
１３％で十分なコイルについては、（数１）に示した安
定化銅の断面積を１１％減少させることが出来るので
（(１.１３／１.２０）の２乗＝０.８８６）、コイルサ
イズを小さくでき、超電導撚り線も安価になる。あるい
は、安定化銅の１１％抵抗率を高く取ることが出来、銅
も安価になる。または、冷媒流速を１４％小さくできる
ので（（１.１３／１.２０）の２.６乗＝０.８６０）、
圧力損失を２６％小さくでき（（１.１３／１.２０）の
２.６乗のさらに２乗＝０.７４０）、冷媒循環ポンプの
容量を小さくできる。
ーンの制限電流は運転電流の1.29倍となり、第２ターン
の制限電流が１.２０ 倍とやや下がり、コイルの安定性
は、第２ターンの制限電流で規定される。従って、超電
導コイル安定性のマージンが１３％から２０％へと１.
６ 倍以上高めることができる。また、このマージンが
１３％で十分なコイルについては、（数１）に示した安
定化銅の断面積を１１％減少させることが出来るので
（(１.１３／１.２０）の２乗＝０.８８６）、コイルサ
イズを小さくでき、超電導撚り線も安価になる。あるい
は、安定化銅の１１％抵抗率を高く取ることが出来、銅
も安価になる。または、冷媒流速を１４％小さくできる
ので（（１.１３／１.２０）の２.６乗＝０.８６０）、
圧力損失を２６％小さくでき（（１.１３／１.２０）の
２.６乗のさらに２乗＝０.７４０）、冷媒循環ポンプの
容量を小さくできる。
【００３２】また、チャネル３を加工して撚り線部２の
冷媒流速を高くすることは、超電導体の撚り線部２を加
工することに比べて、容易にかつ安価に行える。
冷媒流速を高くすることは、超電導体の撚り線部２を加
工することに比べて、容易にかつ安価に行える。
【００３３】また、本実施例では、チャネル３の流路抵
抗が高低２段階の場合について説明したが、要求される
安定性に応じて複数段階にしても良い。
抗が高低２段階の場合について説明したが、要求される
安定性に応じて複数段階にしても良い。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、高抵抗チャネル部に並
行する撚り線部では、冷媒の流速が、低抵抗チャネル部
に並行する撚り線部よりも、大きい。冷媒の流速が大き
くなった撚り線部では、冷媒によって除去される熱が多
くなるので、強制冷却超電導導体の安定性が高まる。
行する撚り線部では、冷媒の流速が、低抵抗チャネル部
に並行する撚り線部よりも、大きい。冷媒の流速が大き
くなった撚り線部では、冷媒によって除去される熱が多
くなるので、強制冷却超電導導体の安定性が高まる。
【００３５】また、超電導コイルは内周側の磁場が強
く、この部分の強制冷却超電導導体が高抵抗チャネル部
を有すれば、超電導コイルの安定性がより高まる。
く、この部分の強制冷却超電導導体が高抵抗チャネル部
を有すれば、超電導コイルの安定性がより高まる。
【００３６】また、超電導コイルの内周側の制限電流値
を高くすれば、超電導コイルの各巻線ごとの制限電流値
は高から低になる腰折点をもつようになり、腰折点の制
限電流値は、従来の内周側の制限電流値よりも高いの
で、超電導コイルの安定性をより高めることができる。
を高くすれば、超電導コイルの各巻線ごとの制限電流値
は高から低になる腰折点をもつようになり、腰折点の制
限電流値は、従来の内周側の制限電流値よりも高いの
で、超電導コイルの安定性をより高めることができる。
【００３７】本発明によれば、冷媒流量や圧力損失を増
加させることなしに安定性の高い超電導コイルを提供で
きるので、コイルクエンチを引き起こす外乱に対する安
定性のマージンを高めることができ、高性能の超電導コ
イルを提供できる。あるいは、安定性が従来技術と同程
度でよい場合には、安定化銅の量を減少させ、コイルサ
イズを小さく、超電導導体を安価にできる。あるいは、
安定化銅の抵抗率を高く取ることが出来、または、冷媒
流速を小さくして冷媒循環ポンプの容量を小さくでき
る。
加させることなしに安定性の高い超電導コイルを提供で
きるので、コイルクエンチを引き起こす外乱に対する安
定性のマージンを高めることができ、高性能の超電導コ
イルを提供できる。あるいは、安定性が従来技術と同程
度でよい場合には、安定化銅の量を減少させ、コイルサ
イズを小さく、超電導導体を安価にできる。あるいは、
安定化銅の抵抗率を高く取ることが出来、または、冷媒
流速を小さくして冷媒循環ポンプの容量を小さくでき
る。
【図１】本発明の実施例である強制冷却超電導導体を示
す図。
す図。
【図２】チャネル３を構造するパイプ３ａおよび３ｂを
示す図。
示す図。
【図３】帯状の材料をスパイラル状に巻いてチャネル３
を構造した例を示す図。
を構造した例を示す図。
【図４】チャネル流路に棒状の障害物８を挿入してチャ
ネル３を構造した例を示す図。
ネル３を構造した例を示す図。
【図５】本実施例の強制冷却超電導導体の製造方法を説
明する図。
明する図。
【図６】パンケーキ巻コイルを示す図。
【図７】シングルパンケーキコイル７の断面構造を示す
図。
図。
【図８】シングルパンケーキコイル７の冷媒流路の等価
回路を示す図。
回路を示す図。
【図９】シングルパンケーキコイル７と従来型のシング
ルパンケーキコイルの冷媒流量示す表。
ルパンケーキコイルの冷媒流量示す表。
【図１０】シングルパンケーキコイル７と従来型のシン
グルパンケーキコイルの温度，磁場，制限電流の分布を
示す図。
グルパンケーキコイルの温度，磁場，制限電流の分布を
示す図。
１…コンジット、２…撚り線部、３…チャネル、３ａ，
３ｂ…パイプ、４…貫通孔、５ａ，５ｂ…帯状の材料、
６…隙間、７…シングルパンケーキコイル、８…障害
物、９…チャネル用ドラム、１０…撚り線用ドラム、１
１…コンジット用ドラム、１２…成形ローラ、１３…溶
接機、１４…線引き機、１５…検査装置、１６…製品用
ドラム。
３ｂ…パイプ、４…貫通孔、５ａ，５ｂ…帯状の材料、
６…隙間、７…シングルパンケーキコイル、８…障害
物、９…チャネル用ドラム、１０…撚り線用ドラム、１
１…コンジット用ドラム、１２…成形ローラ、１３…溶
接機、１４…線引き機、１５…検査装置、１６…製品用
ドラム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 克彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 牛草 健吉 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 高橋 良和 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 菊池 満 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所 那珂研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】複数の超電導導線を有する撚り線と、前記
撚り線と並行して配置されて、冷媒を通過させるために
長手方向に貫かれた冷媒流路を内部に有し、前記冷媒流
路から前記撚り線部に前記冷媒を供給する通路を有する
チャネルとを備える強制冷却超電導導体において、 前記チャネルは、冷媒の流路抵抗が最も小さい低抵抗チ
ャネル部と、前記低抵抗チャネル部よりも冷媒の流路抵
抗が大きい高抵抗チャネル部とを有することを特徴とす
る強制冷却超電導導体。 - 【請求項２】前記高抵抗チャネル部は、前記低抵抗チャ
ネル部より前記冷媒流路の大きさが小さいことを特徴と
する請求項１の強制冷却超電導導体。 - 【請求項３】前記高抵抗チャネル部は、前記冷媒流路に
前記冷媒の流れを妨げる障害物を有することを特徴とす
る請求項１の強制冷却超電導導体。 - 【請求項４】複数の超電導導線を有する撚り線と、前記
撚り線と並行して配置されて、冷媒を通過させるために
長手方向に貫かれた冷媒流路を内部に有し、前記冷媒流
路から前記撚り線に前記冷媒を供給する通路を有するチ
ャネルとを備える強制冷却超電導導体を複数回巻線した
超電導コイルにおいて、 前記チャネル部は、冷媒の流路抵抗が最も小さい低抵抗
チャネル部と、前記低抵抗チャネル部よりも冷媒の流路
抵抗が大きい高抵抗チャネル部とを有し、内側から１回
目と２回目に巻線された前記強制冷却超電導導体が高抵
抗チャネル部を有することを特徴とする超電導コイル。 - 【請求項５】撚り線された超電導線および前記超電導線
を冷却する冷媒を通過させるチャネルを内包する強制冷
却超電導導体を、複数回巻線した超電導コイルにおい
て、 撚り線での常電導転移によるジュール発熱量と冷媒への
熱伝達による冷却量とが等しくなる電流値である制限電
流値が、内側から３回巻線までに、高から低になる腰折
点を設定したことを特徴とする超電導コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10136304A JPH11329114A (ja) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | 強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10136304A JPH11329114A (ja) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | 強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11329114A true JPH11329114A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15172072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10136304A Pending JPH11329114A (ja) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | 強制冷却超電導導体およびそれを用いた超電導コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11329114A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7985925B2 (en) | 2004-04-23 | 2011-07-26 | Gsi Helmholtzzentrum Fuer Schwerionenforschung Gmbh | Superconducting cable and method for the production thereof |
| JP2011215064A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導臨界電流測定装置および超電導臨界電流測定方法 |
| JP2013504748A (ja) * | 2009-09-10 | 2013-02-07 | ビーエーエスエフ エスイー | 超伝導バンドの品質管理のための方法および装置 |
-
1998
- 1998-05-19 JP JP10136304A patent/JPH11329114A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7985925B2 (en) | 2004-04-23 | 2011-07-26 | Gsi Helmholtzzentrum Fuer Schwerionenforschung Gmbh | Superconducting cable and method for the production thereof |
| JP2013504748A (ja) * | 2009-09-10 | 2013-02-07 | ビーエーエスエフ エスイー | 超伝導バンドの品質管理のための方法および装置 |
| JP2011215064A (ja) * | 2010-04-01 | 2011-10-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導臨界電流測定装置および超電導臨界電流測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040810 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041207 |