JP2000208320A - 強制冷凍型超電導コイル装置及びその通電時の流量制御法 - Google Patents

強制冷凍型超電導コイル装置及びその通電時の流量制御法

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JP2000208320A
JP2000208320A JP827599A JP827599A JP2000208320A JP 2000208320 A JP2000208320 A JP 2000208320A JP 827599 A JP827599 A JP 827599A JP 827599 A JP827599 A JP 827599A JP 2000208320 A JP2000208320 A JP 2000208320A
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誠 杉本
Takashi Kato
崇 加藤
Takaaki Isono
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通電時に流量配分の崩れを生じない強制冷凍
型超電導コイル装置及びその通電時の流量制御法を提供
する。 【解決手段】 超電導コイル100の通電中の流量分配
の比率mcoil/mstr[通電]が冷却部102のヘリウ
ム流量特性の初期流量を示す時間、即ち通電前あるいは
非通電期間の定常状態のときの流量分配の比率mcoil
str[非通電]を保つ、即ちmcoil/mstr[通電]=
比率mcoil/mstr[非通電]となるように流量制御弁
10により支持構造物104の流路抵抗を制御し、これ
により冷却部102及び支持構造物104への流量配分
を不変に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた電気・機械
的特性から核融合炉用などの大型コイルへ適用されてい
る強制冷凍型超電導コイル装置及びその通電時の流量制
御法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の強制冷凍型超電導コイル装置を図
4に模式的に示す。図4において、100は超電導コイ
ルを、102は超電導コイルをヘリウムで冷却するため
超電導コイルの巻線内に設けられている冷却部を、10
4は超電導コイル100及び冷却部102を支持する支
持構造物等を、106はヘリウム供給系を、108はヘ
リウム回収系をそれぞれ示す。冷媒である超臨界ヘリウ
ムはヘリウム供給系106から分配部110で分配さ
れ、一方のヘリウムは冷却部102を経て、他方のヘリ
ウムは支持構造物104を経て、その後両者のヘリウム
は参照番号117の点で一緒になりヘリウム回収系10
8で回収される。超電導コイル100には112から1
14に向けて電流が流される。
【0003】図5は、強制冷凍型超電導コイルの冷却部
102を流れる冷媒の流量低下現象を示す図である。パ
ルス運転を要求される強制冷凍型超電導コイルでは、図
5で破線で示されるようなパルス通電により発生する交
流損失の発熱により、冷却部102の入口116におけ
る超臨界ヘリウムの入口流量が図5の参照符号Aで示さ
れるように低下する。なお、冷却部102の実際の入口
は複数あるが、図4では参照番号116の地点で代表し
て表す。交流損失による発熱が大きくなると入口流量は
ゼロになってしまう。この場合超電導コイル100に併
設されている冷却部102には冷媒の超臨界ヘリウムが
供給されないため、超電導コイル100はやがて常電導
に転移してしまう。このことは、冷却部102の入口1
16の流量条件により、超電導コイル100の運転条件
が定まることを意味している。なお、上記のような強制
冷凍型超電導コイルにおいては、冷却部102は、複数
の平行流路を有し、これらに冷媒の超臨界ヘリウムを強
制的に循環させており、また、超電導コイル100の運
転上、その支持構造物104にも流路を設け(図示せ
ず)、その冷却を行っている。図6に、強制冷凍型超電
導コイルの冷媒流路をブロック図で示す。図6に示す要
素で図4と同一の要素は同一の参照番号を付してある。
ヘリウム供給系106から供給される超電導ヘリウムの
流量をmtotal、その全体流量mtotalのうち冷却部10
2に分配されてそこを流れる流量をmc oil、支持構造物
104に分配されてそこを流れる流量をmstrと表す。
全体流量mtotalは超電導コイル100の運転状態に関
係なく一定である。図5の冷却部のヘリウム流量特性の
初期流量を示す時間、即ち通電前あるいは非通電時の定
常状態のときの流量分配の比率mcoil/mstr[非通
電]より図5の符号Aに示される部分、即ち超電導コイ
ル100の通電中の流量分配の比率mcoil/mstr[通
電]は小さくなり、即ちmcoil/mstr[非通電]>m
coil/mstr[通電]となる。
【0004】即ち、超電導コイル100を通電し、交流
損失により超電導コイル100内部に発熱が起こると、
これにより超電導コイル100内部の流路抵抗が大きく
なり、冷却部102への冷媒の供給量が減ってしまう。
また、発熱のない支持構造物104等の流路では、流路
抵抗に変化がないので、超電導コイル100の通電前あ
るいはパルス通電における非通電期間の発熱がない状態
より多くの冷媒が流れ込む。このため、流量の配分のバ
ランスが崩れ、冷却部102と支持構造物104等への
流量配分が通電前あるいは非通電期間の安定状態と異な
ってしまう。つまり、冷媒が多く必要な冷却部102に
は実際には冷媒が少なく供給され、冷媒があまり必要の
ない支持構造物104等へ冷媒が必要以上に供給されて
しまい、超電導コイル100の運転に支障をきたすとい
う問題が生じていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、通電に流量配分の崩れを生じない強制冷凍型超電導
コイル装置及びその通電時の流量制御法を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、超電導コイルと、当該超電導コイルを冷却するため
冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部
を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す支持部とを
備える強制冷凍型超電導コイル装置の通電時の冷媒の流
量を制御する本発明の方法は、冷媒が前記冷却部と前記
支持部とに分配して供給されるステップと、前記超電導
コイルの通電中における前記冷却部を流れる冷媒の流量
と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分を前記超電
導コイルの非通電時の流量配分と実質的に同じ流量配分
に保つステップとを備えることを特徴とする。
【0007】また、上記課題を解決するため、超電導コ
イルと、当該超電導コイルを冷却するため冷媒を通す冷
却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部を支持し且つ
自身を冷却するため冷媒を通す支持部と、冷媒を前記超
電導コイルと前記支持部とに分配して供給する分配・供
給部とを備える本発明の強制冷凍型超電導コイル装置
は、前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流
れる冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量
配分を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と実質的
に同じ流量配分に保つよう前記支持部の流路抵抗を制御
する流量制御弁を備えることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を以下に
図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態
による強制冷凍型超電導コイル装置を模式的に示す図で
ある。図1において、図4と同一の参照番号で示される
要素は、図4にその参照番号で示される要素と同一であ
り、それらの要素の説明を繰り返さない。この実施形態
の特徴は、支持構造物104の冷媒流路に流量制御弁1
0を設け、この流量制御弁10を超電導コイル100の
通電と同時に制御する点にある。超電導コイル100の
通電により超電導コイル100内部に発熱が起こると、
これにより冷却部102の冷媒の流路抵抗が大きくなる
が、これに併せてこの支持構造物104等の冷媒流路に
設けた流量制御弁10を制御し、冷却部102の流路抵
抗と支持構造物104等の流路抵抗との比率を通電前の
比率と同じに保つようにする。これにより、支持構造物
104等への冷媒の過剰な流れ込みを防止し、冷媒流量
の配分を不変にすることができる。
【0009】図2に、図1に示される強制冷凍型超電導
コイルの冷媒流路をブロック図で示す。図2に示す要素
で図1と同一の要素は同一の参照番号を付してある。ヘ
リウム供給系106から供給される超電導ヘリウムの流
量をmtotal、その全体流量mtotalのうち冷却部102
に分配されてそこを流れる流量をmcoil、支持構造物1
04に分配されてそこを流れる流量をmstrと表す。全
体流量mtotalは超電導コイル100の運転状態に関係
なく一定である。超電導コイル100の通電中の流量分
配の比率mcoil/mstr[通電]が冷却部102のヘリ
ウム流量特性の初期流量を示す時間、即ち通電前あるい
は非通電期間の定常状態のときの流量分配の比率mcoil
/mstr[非通電]を保つ、即ちmcoil/mstr[通電]
=比率m coil/mstr[非通電]となるように流量制御
弁10により支持構造物104の流路抵抗を制御し、冷
却部102及び支持構造物104への流量配分を不変に
保つ。
【0010】図3は、本発明の別の実施形態による強制
冷凍型超電導コイルの冷媒流路への流量配分の制御を示
すブロック図である。図3に示す要素で図1と同一又は
類似の要素は同一又は類似の参照番号を付してある。図
3において、12は超電導コイル100に通電するため
の電源を、14は流量制御弁10aを制御する流量弁制
御手段をそれぞれ示す。通電により超電導コイル100
内部の発熱は、その超電導コイル100の通電波形によ
って異なる。このため、この実施形態においては、超電
導コイル100に通電する電源12の制御と冷却部10
2への冷媒の流量制御を連動させることにより流量制御
弁の自動制御を可能にするものである。そのため、流量
弁制御手段14は、電源12により超電導コイル100
に流される電流の通電波形に応答して、支持構造物10
4の流路抵抗を変えることにより超電導コイル100の
通電中の流量分配の比率mcoil/mstr[通電]が冷却
部102のヘリウム流量特性の初期流量を示す時間、即
ち通電前あるいは非通電時の定常状態のときの流量分配
の比率mcoil/mstr[非通電]を保つよう流量制御弁
10aを制御する。これにより、簡便に、冷却部102
及び支持構造物104への流量配分を不変に保つことが
できる。
【0011】なお、本発明は、流量制御弁10、10a
を用いて制御することに限定されず、要は支持構造物1
04の冷媒流路に設けられ、通電中の冷却部102の流
路抵抗と支持構造物104等の流路抵抗との比率を非通
電時の比率と同じに保つようにするいずれの機構及び方
法を含む。また、冷媒は上記実施形態では超臨界ヘリウ
ムであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、
超電導コイルを超電導状態まで冷却できるいずれの物質
でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による強制冷凍型超電導コ
イル装置を模式的に示す図である。
【図2】図1に示される強制冷凍型超電導コイルの冷媒
流路を示すブロック図である。
【図3】本発明の別の実施形態による強制冷凍型超電導
コイルの冷媒流路への流量配分の制御を示すブロック図
である。
【図4】従来の強制冷凍型超電導コイル装置を模式的に
示す図である。
【図5】強制冷凍型超電導コイルの冷却部102を流れ
る冷媒の流量低下現象を示す図である。
【図6】図5の強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路を示
すブロック図である。
【符号の説明】
10、10a 制御弁 12 電源 14 流量弁制御手段 100 超電導コイル 102 冷却部 104 支持構造物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯野 高明 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 辻 博史 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 Fターム(参考) 3L044 AA04 BA07 CA16 DB03 GA02 HA03 KA01 KA02 KA05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導コイルと、当該超電導コイルを冷
    却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び
    前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す
    支持部とを備える強制冷凍型超電導コイル装置の通電時
    の冷媒の流量制御方法において、 冷媒が前記冷却部と前記支持部とに分配して供給される
    ステップと、 前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる
    冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分
    を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と実質的に同
    じ流量配分に保つステップとを備えることを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項2】 前記実質的に同じ流量配分に保つステッ
    プが、前記支持部の流路抵抗を流量制御弁により制御す
    ることにより行われることを特徴とする請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 前記流量制御弁が前記超電導コイルに流
    れる電流波形により流量配分が一定になるよう制御され
    ることを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 超電導コイルと、当該超電導コイルを冷
    却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び
    前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す
    支持部と、冷媒を前記超電導コイルと前記支持部とに分
    配して供給する分配・供給部とを備える強制冷凍型超電
    導コイル装置において、 前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる
    冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分
    を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と実質的に同
    じ流量配分に保つよう前記支持部の流路抵抗を制御する
    流量制御弁を備えることを特徴とする強制冷凍型超電導
    コイル装置。
  5. 【請求項5】 前記超電導コイルに流れる電流の通電波
    形に応答して一定の流量配分に対応する前記支持部の流
    路抵抗となるよう前記流量制御弁を制御する制御手段を
    備えることを特徴とする請求項4記載の強制冷凍型超電
    導コイル装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108630376A (zh) * 2018-03-29 2018-10-09 杭州汉胜科磁体设备有限公司 超导磁体二级冷却装置及二级冷却方法
CN116928948A (zh) * 2023-06-28 2023-10-24 中国矿业大学 一种大推力电动振动台动圈自适应冷却系统及控制方法

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