JPS61125002A - 強制冷却超電導コイル装置 - Google Patents
強制冷却超電導コイル装置Info
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- JPS61125002A JPS61125002A JP59244484A JP24448484A JPS61125002A JP S61125002 A JPS61125002 A JP S61125002A JP 59244484 A JP59244484 A JP 59244484A JP 24448484 A JP24448484 A JP 24448484A JP S61125002 A JPS61125002 A JP S61125002A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は金属性コンジット内部に超電導線が埋め込まれ
、このコンジット内部に冷媒を流す強制冷却方式の超電
導コイルに関する。
、このコンジット内部に冷媒を流す強制冷却方式の超電
導コイルに関する。
超電導コイルを冷却する方法には、大きくわけて、コイ
ルを直接冷媒中に浸漬して行なう浸漬冷却法と、金属性
コンジットの内部に超電導線が挿入された超電導導体を
巻回してコイルをつくり、コンジット内部の超電導線と
の間隙に冷媒を強制的に循環して冷す強制冷却方式がち
る。浸漬冷却の場合には、冷媒中にコイルが浸漬してい
るため、コイルが一部常電導状態になっても、まわシの
冷媒によって冷却されるため、安定性はあるが、超電導
コイル及び冷媒を収納するタライオスタットが必要であ
る（このような例は、例えば特公昭５０−２４１９７号
公報等に開示がある）。又、超電導コイルの電気絶縁は
超電導線の外表面に接触していて、これを冷却している
冷媒の絶縁性に影響され、高耐電圧のものが得られない
欠点がある。
ルを直接冷媒中に浸漬して行なう浸漬冷却法と、金属性
コンジットの内部に超電導線が挿入された超電導導体を
巻回してコイルをつくり、コンジット内部の超電導線と
の間隙に冷媒を強制的に循環して冷す強制冷却方式がち
る。浸漬冷却の場合には、冷媒中にコイルが浸漬してい
るため、コイルが一部常電導状態になっても、まわシの
冷媒によって冷却されるため、安定性はあるが、超電導
コイル及び冷媒を収納するタライオスタットが必要であ
る（このような例は、例えば特公昭５０−２４１９７号
公報等に開示がある）。又、超電導コイルの電気絶縁は
超電導線の外表面に接触していて、これを冷却している
冷媒の絶縁性に影響され、高耐電圧のものが得られない
欠点がある。
これに対して、強制冷却コイルの場合には、超電導導体
自身が冷媒通路となるため、冷媒を貯めるクライオスタ
ットは不用で周囲には単に真空容器があれば良く、又、
絶縁も導体表面から容易にすることができるので絶縁材
の選定によって耐電圧を高めることが可能であり、冷媒
がコンジット内超電導線の周囲を強制的に流れるため冷
却特性が向上するなどの利点がある。そのため、核融合
用ポロイダルコイルのような大聖で複雑な形状をもち、
しかも、高電圧を発生する超電導コイルに最適であシ、
各方面から注目され開発がなされている。。
自身が冷媒通路となるため、冷媒を貯めるクライオスタ
ットは不用で周囲には単に真空容器があれば良く、又、
絶縁も導体表面から容易にすることができるので絶縁材
の選定によって耐電圧を高めることが可能であり、冷媒
がコンジット内超電導線の周囲を強制的に流れるため冷
却特性が向上するなどの利点がある。そのため、核融合
用ポロイダルコイルのような大聖で複雑な形状をもち、
しかも、高電圧を発生する超電導コイルに最適であシ、
各方面から注目され開発がなされている。。
従来の強制冷却超電導コイル装置の一例を第３図および
第４図を参照して説明する。第３図は強）制冷却超電導
導体の断面図であり、超電導導体１はステンレス製の角
形パイプ（コンジット）２の内側の冷媒通路３内にこの
通路にそって超電導線４１ｆ：配設したもので、冷媒通
路３にヘリウムを流して超電導線４が超電導状態を呈す
るまで冷却する。
第４図を参照して説明する。第３図は強）制冷却超電導
導体の断面図であり、超電導導体１はステンレス製の角
形パイプ（コンジット）２の内側の冷媒通路３内にこの
通路にそって超電導線４１ｆ：配設したもので、冷媒通
路３にヘリウムを流して超電導線４が超電導状態を呈す
るまで冷却する。
第４図はこのような超電導導体１を用いた強制冷却コイ
ルの一般的な冷却装置を示す。主な構成機器は循環圧縮
機５、液体窒素槽６、液体ヘリウム槽７及び向流型熱交
換器８等を収納する収納容器９、超電導コイル１０を収
納するクライオスタット１１、及び、それを結ぶ冷媒移
送管１２ａ。
ルの一般的な冷却装置を示す。主な構成機器は循環圧縮
機５、液体窒素槽６、液体ヘリウム槽７及び向流型熱交
換器８等を収納する収納容器９、超電導コイル１０を収
納するクライオスタット１１、及び、それを結ぶ冷媒移
送管１２ａ。
１２ｂからなっておシ、次のような方法で冷却が行なわ
れる。すなわち、冷媒となるヘリウムは循器 環圧縮機５により圧縮されて熱交へ収納容器９内部に導
かれ、液体窒素槽６で約８０ｋに冷却され熱交換器群８
で戻シガスと熱交換して液体ヘリウム槽７に入シ、そこ
で約５ｋに冷却されて超臨界圧ヘリウムとなりヘリウム
移送管１２ａを介して超電導コイルを収納したフライオ
スタラ）１１に入り、ターミナルボックス１３で励磁電
源１５からくる電流リード線１４と合流し、超電導コイ
ル１０を冷却し、戻りガスは戻シヘリウム移送管１２ｂ
を介して再び熱交換器収納容器９に入って、ジュールト
ムノン弁１６でＪ−Ｔ膨張して液体となり、液体ヘリウ
ム槽７に貯る。ここで蒸発したガス及び液化しなかった
ガスは、入ってくるガスと熱交換しながら戻り配管を介
して循環圧縮機５に戻シ、これをくシ返しながら冷却す
る。
れる。すなわち、冷媒となるヘリウムは循器 環圧縮機５により圧縮されて熱交へ収納容器９内部に導
かれ、液体窒素槽６で約８０ｋに冷却され熱交換器群８
で戻シガスと熱交換して液体ヘリウム槽７に入シ、そこ
で約５ｋに冷却されて超臨界圧ヘリウムとなりヘリウム
移送管１２ａを介して超電導コイルを収納したフライオ
スタラ）１１に入り、ターミナルボックス１３で励磁電
源１５からくる電流リード線１４と合流し、超電導コイ
ル１０を冷却し、戻りガスは戻シヘリウム移送管１２ｂ
を介して再び熱交換器収納容器９に入って、ジュールト
ムノン弁１６でＪ−Ｔ膨張して液体となり、液体ヘリウ
ム槽７に貯る。ここで蒸発したガス及び液化しなかった
ガスは、入ってくるガスと熱交換しながら戻り配管を介
して循環圧縮機５に戻シ、これをくシ返しながら冷却す
る。
このような装置で超電導コイルを冷却する場合の欠点は
、冷媒ガスが狭隘なコンジット内の間隙を流れる九め流
れ抵抗が著しく高くなり、特に、常温から冷却する初期
冷却時には圧力損失が大きく冷媒音はとんど流すことが
できず冷却に長時間を必要とする。
、冷媒ガスが狭隘なコンジット内の間隙を流れる九め流
れ抵抗が著しく高くなり、特に、常温から冷却する初期
冷却時には圧力損失が大きく冷媒音はとんど流すことが
できず冷却に長時間を必要とする。
このようなことから従来導体長さを短かくし、並列に冷
媒を流す方法が考えられているが並列各流路に流し込む
冷媒供給源の流量を大きくしなくてはならず、大きな装
置が必要となること、並列流路それぞれの冷媒流量を制
御することが必要で運転が複雑になること、多数の分岐
点を必要とし、コイルの巻線を複雑にするなどの問題が
あった。
媒を流す方法が考えられているが並列各流路に流し込む
冷媒供給源の流量を大きくしなくてはならず、大きな装
置が必要となること、並列流路それぞれの冷媒流量を制
御することが必要で運転が複雑になること、多数の分岐
点を必要とし、コイルの巻線を複雑にするなどの問題が
あった。
本発明の目的は、初期冷却における時間を短縮し、電流
リード線を冷却し、励磁に伴う発熱を防止した強制冷却
超電導コイル装置を提供することにある。
リード線を冷却し、励磁に伴う発熱を防止した強制冷却
超電導コイル装置を提供することにある。
本発明の要点は、超電導コイルと接して冷却できる冷却
管路を超電導コイルに対し並列に設け、超電導コイルと
冷却管路とはそれぞれ独立に冷却できるようにしたこと
Ｋある。こうすることにょυ、超電導コイルを冷却する
冷媒とは無関係に冷媒をえらぶことかでき、経済的に、
しかも、予冷に必要な時間を短かくすることができる。
管路を超電導コイルに対し並列に設け、超電導コイルと
冷却管路とはそれぞれ独立に冷却できるようにしたこと
Ｋある。こうすることにょυ、超電導コイルを冷却する
冷媒とは無関係に冷媒をえらぶことかでき、経済的に、
しかも、予冷に必要な時間を短かくすることができる。
本発明の一実施例を第１図にょシ説明する。超電導コイ
ル１０の超電導導体１の周囲に接して鋼管からなる冷却
管１７全巻回し、この冷却管の一方の端には液体窒素容
器１８と液体ヘリウム容器１９を設け、それぞれの出口
の容器には開閉弁２０．２１を設け、冷却管の他端には
一方は回収装置２２につながる開閉弁２３、他方は大気
に通じる開閉弁２４を設ける。
ル１０の超電導導体１の周囲に接して鋼管からなる冷却
管１７全巻回し、この冷却管の一方の端には液体窒素容
器１８と液体ヘリウム容器１９を設け、それぞれの出口
の容器には開閉弁２０．２１を設け、冷却管の他端には
一方は回収装置２２につながる開閉弁２３、他方は大気
に通じる開閉弁２４を設ける。
運転方法は、超電導コイルの温度が常温−７７゜ｋのよ
うに高い場合は回収装置用開閉弁２３を閉め、出口大気
放出弁２４を開き、液体窒素容器出口の開閉弁２０全開
いて液体窒素を超電導コイルに接した冷却管１７に流し
て超電導コイルを外部から冷却する。又、冷却が進み超
電導コイルの温度が８０°に以下になってきた時には、
液体窒素出口弁２０及び大気放出弁２４を閉以液体ヘリ
ウムの容器の開閉弁２１及び回収装置人口弁２３を開き
、液体ヘリウムを冷却管１７に流し、超電導コイルを冷
却する。一方、超電導コイル自身は外部循環圧縮機５及
び熱交換器９で冷却したガスをコイル内の超電導導体に
流し循環させておく。このようにして超電導コイル周囲
の冷却管による冷却が進行してくるに従い、流量が大き
くとれ、超電導コイルを冷却することができる。
うに高い場合は回収装置用開閉弁２３を閉め、出口大気
放出弁２４を開き、液体窒素容器出口の開閉弁２０全開
いて液体窒素を超電導コイルに接した冷却管１７に流し
て超電導コイルを外部から冷却する。又、冷却が進み超
電導コイルの温度が８０°に以下になってきた時には、
液体窒素出口弁２０及び大気放出弁２４を閉以液体ヘリ
ウムの容器の開閉弁２１及び回収装置人口弁２３を開き
、液体ヘリウムを冷却管１７に流し、超電導コイルを冷
却する。一方、超電導コイル自身は外部循環圧縮機５及
び熱交換器９で冷却したガスをコイル内の超電導導体に
流し循環させておく。このようにして超電導コイル周囲
の冷却管による冷却が進行してくるに従い、流量が大き
くとれ、超電導コイルを冷却することができる。
実際、−辺が７ｍｍの角形ステンレスコンジットの中に
超電導線をボイド率５０％で挿入した長さ３４ｍの超電
導導体を、内直径１００ｍｍのボビンに巻回した超電導
コイルを製作し、循環圧縮機５、熱交換器９を運転し冷
却を行なった。その結果、冷却管に冷媒を流さない時の
超電導コイルの圧力損失とヘリウムの質量流量は、それ
ぞれ８ａｔｍでｏ、ｚｇ／ｓであシ、はとんど流すこと
ができなかった。しかし、冷却管に液体窒素を流した時
にはｇａｔｍで０．６２ｇ／ｓと約三倍流すことができ
、さらに液体ヘリウム温度では３ ａ ｔｍで４ｇ／ｓ
にすることができ、安定に超電導状態にすることができ
た。又、超電導状態になるまでの冷却時間は冷却管に流
さない時の約１／１０に短縮することができた。
超電導線をボイド率５０％で挿入した長さ３４ｍの超電
導導体を、内直径１００ｍｍのボビンに巻回した超電導
コイルを製作し、循環圧縮機５、熱交換器９を運転し冷
却を行なった。その結果、冷却管に冷媒を流さない時の
超電導コイルの圧力損失とヘリウムの質量流量は、それ
ぞれ８ａｔｍでｏ、ｚｇ／ｓであシ、はとんど流すこと
ができなかった。しかし、冷却管に液体窒素を流した時
にはｇａｔｍで０．６２ｇ／ｓと約三倍流すことができ
、さらに液体ヘリウム温度では３ ａ ｔｍで４ｇ／ｓ
にすることができ、安定に超電導状態にすることができ
た。又、超電導状態になるまでの冷却時間は冷却管に流
さない時の約１／１０に短縮することができた。
次に、第二の実施例を第２図により説明する。
構成を第１図と異なる部分について説明する。すなわち
、超電導コイルに接して配設した冷却管の泗電導コイル
出口Ａ部で配管を分岐し、超電導コツ 哨ルを励磁するための電流リード線の外周を覆う管２５
と接続し、電流リード線から出た管は流量調節弁２６を
介して回収装置２２に接続する。
、超電導コイルに接して配設した冷却管の泗電導コイル
出口Ａ部で配管を分岐し、超電導コツ 哨ルを励磁するための電流リード線の外周を覆う管２５
と接続し、電流リード線から出た管は流量調節弁２６を
介して回収装置２２に接続する。
一般に、超電導コイルは超電導温度に冷却した後、励磁
を行なうが、その際、実施例２で述べる方法がない場合
、電流リード線は励磁電流によりＩ”Ｒの発熱と常温部
からの熱伝導による熱侵入があるため、電流リード線本
体１４と冷媒が合流するターミナル部１３が昇温し、超
電導状態を維持できなくなる。しかし、本実施例２で説
明したように、回収装置及び大気への開閉弁２３．２４
を閉じ、液体ヘリウム容器の出口弁２１を開いて液体ヘ
リウムを超電導コイル及び電流リード線に流すことによ
り、十分超電導状態を維持でき、安定して励磁できた。
を行なうが、その際、実施例２で述べる方法がない場合
、電流リード線は励磁電流によりＩ”Ｒの発熱と常温部
からの熱伝導による熱侵入があるため、電流リード線本
体１４と冷媒が合流するターミナル部１３が昇温し、超
電導状態を維持できなくなる。しかし、本実施例２で説
明したように、回収装置及び大気への開閉弁２３．２４
を閉じ、液体ヘリウム容器の出口弁２１を開いて液体ヘ
リウムを超電導コイル及び電流リード線に流すことによ
り、十分超電導状態を維持でき、安定して励磁できた。
なお、液体ヘリウムの流量調節は調節弁２６で行ない、
循環したヘリウムガスは回収装置に回収された。
循環したヘリウムガスは回収装置に回収された。
本発明によれば、超電導コイルを冷却する冷媒とは無関
係に、例えば、液体窒素等の冷媒をえらぶことかでき、
初期冷却時間を短縮し、励磁中、電流リード線を冷却し
て発熱を防止し安定性を高めることができる。
係に、例えば、液体窒素等の冷媒をえらぶことかでき、
初期冷却時間を短縮し、励磁中、電流リード線を冷却し
て発熱を防止し安定性を高めることができる。
第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は本発明の
他の実施例の系統図、第３図は本発明に使用される典型
的な強制冷却超電導導体の断面図、第４図は従来の強制
冷却方式の例を示す系統図である。 １・・・強制冷却超電導導体、５・・・循環圧縮機、９
・−・熱交換器群を収納する容器、１１・・・超電導コ
イルを収納するクライオスタンド、１２・・・トランス
ファチューブ、１３・・・ターミナルボックス、１７・
・・冷却管、１８・・・液体窒素容器、１９・・・液体
ヘリウム発生装置、２０・・・液体窒素出口開閉弁、２
１・・・液体ヘリウム出口開閉弁、２２・・・ヘリウム
回収装薯 １ 図 ｒ 茎 ２図
他の実施例の系統図、第３図は本発明に使用される典型
的な強制冷却超電導導体の断面図、第４図は従来の強制
冷却方式の例を示す系統図である。 １・・・強制冷却超電導導体、５・・・循環圧縮機、９
・−・熱交換器群を収納する容器、１１・・・超電導コ
イルを収納するクライオスタンド、１２・・・トランス
ファチューブ、１３・・・ターミナルボックス、１７・
・・冷却管、１８・・・液体窒素容器、１９・・・液体
ヘリウム発生装置、２０・・・液体窒素出口開閉弁、２
１・・・液体ヘリウム出口開閉弁、２２・・・ヘリウム
回収装薯 １ 図 ｒ 茎 ２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、強制冷却超電導体で構成された超電導コイル装置に
おいて、 前記超電導コイルと接して冷却できる冷却管路入口に冷
媒発生装置と弁とを設け、前記冷却管路の出口に一方は
回収装置につながる第一の開閉弁と、他方は大気に通じ
る第二の開閉弁とを設けたことを特徴とする強制冷却超
電導コイル装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の強制冷却超電導コイル
装置において、 前記超電導コイルと接して冷却できる前記冷却管路出口
と、前記超電導コイルを励磁するための電流リード線の
外周を覆う管と、流量調節弁と、回収装置とを結ぶ配管
とを設けたことを特徴とする強制冷却超電導コイル装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59244484A JPS61125002A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 強制冷却超電導コイル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59244484A JPS61125002A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 強制冷却超電導コイル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61125002A true JPS61125002A (ja) | 1986-06-12 |
Family
ID=17119350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59244484A Pending JPS61125002A (ja) | 1984-11-21 | 1984-11-21 | 強制冷却超電導コイル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61125002A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128465A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Toshiba Corp | 超電導コイルの冷却装置 |
| US9018805B2 (en) | 2011-03-31 | 2015-04-28 | Rolls-Royce Plc | Superconducting machines |
| WO2016037809A1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-17 | Siemens Plc | Superconducting magnet device including a cryogenic cooling bath and cooling pipes |
| CN111667969A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-09-15 | 宁波高思超导技术有限公司 | 一种无液氦超导磁体的冷却***及其冷却方法 |
-
1984
- 1984-11-21 JP JP59244484A patent/JPS61125002A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006128465A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Toshiba Corp | 超電導コイルの冷却装置 |
| US9018805B2 (en) | 2011-03-31 | 2015-04-28 | Rolls-Royce Plc | Superconducting machines |
| WO2016037809A1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-17 | Siemens Plc | Superconducting magnet device including a cryogenic cooling bath and cooling pipes |
| CN111667969A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-09-15 | 宁波高思超导技术有限公司 | 一种无液氦超导磁体的冷却***及其冷却方法 |
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