JP2002324707A - 超電導磁石 - Google Patents
超電導磁石Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/10—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages
-
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- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型の超電導コイルに於いても、交流損失に
伴う発熱が効果的に除去され、常電導転移を生じること
なく安定して運転できる超電導磁石を提供する。 【解決手段】 超電導線１０を巻枠１５に層状に巻回し
フランジ１４で支持してなる超電導コイルと、超電導コ
イルを断熱して収納する真空容器とを備え、付設した冷
凍機を用いて超電導コイルを冷却し、極低温に保持して
なる超電導磁石において、前記超電導コイルの層間に冷
却用配管２０を配設し、前記冷凍機で発生する極低温の
冷媒ガスを前記冷却用配管内に通流して超電導コイルを
冷却するものとする。
伴う発熱が効果的に除去され、常電導転移を生じること
なく安定して運転できる超電導磁石を提供する。 【解決手段】 超電導線１０を巻枠１５に層状に巻回し
フランジ１４で支持してなる超電導コイルと、超電導コ
イルを断熱して収納する真空容器とを備え、付設した冷
凍機を用いて超電導コイルを冷却し、極低温に保持して
なる超電導磁石において、前記超電導コイルの層間に冷
却用配管２０を配設し、前記冷凍機で発生する極低温の
冷媒ガスを前記冷却用配管内に通流して超電導コイルを
冷却するものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、強磁界を利用す
る成分分析用やエネルギー貯蔵用等に用いる超電導磁
石、特に冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導
磁石に関する。
る成分分析用やエネルギー貯蔵用等に用いる超電導磁
石、特に冷凍機を用いて超電導コイルを冷却する超電導
磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、冷凍機の冷凍能力向上に伴って、
超電導コイルに冷凍機を付設して熱伝導によって超電導
コイルを冷却する方式の超電導磁石装置の開発が盛んに
進められている。
超電導コイルに冷凍機を付設して熱伝導によって超電導
コイルを冷却する方式の超電導磁石装置の開発が盛んに
進められている。
【０００３】図５は、従来の冷凍機冷却方式の超電導磁
石装置の基本構成を模式的に示す断面図で、中央部に常
温の高磁界空間を備えた超電導磁石装置について中心軸
を通る断面を示したものである。図５において、１は超
電導線をソレノイド状に巻回して構成された超電導コイ
ル、２は超電導コイル１の周囲に配され、外部からの熱
輻射を遮断して断熱する輻射シールド、３はこれらを取
り囲み内部を真空に保持して断熱する真空容器である。
また、７は超電導コイル１を冷却する冷凍機、８は冷凍
機７に圧縮ヘリウムガスを供給し冷凍サイクルの運転制
御系を備えた圧縮機、９は超電導コイル１に図示しない
電源より電流を供給して励磁する電流リードである。
石装置の基本構成を模式的に示す断面図で、中央部に常
温の高磁界空間を備えた超電導磁石装置について中心軸
を通る断面を示したものである。図５において、１は超
電導線をソレノイド状に巻回して構成された超電導コイ
ル、２は超電導コイル１の周囲に配され、外部からの熱
輻射を遮断して断熱する輻射シールド、３はこれらを取
り囲み内部を真空に保持して断熱する真空容器である。
また、７は超電導コイル１を冷却する冷凍機、８は冷凍
機７に圧縮ヘリウムガスを供給し冷凍サイクルの運転制
御系を備えた圧縮機、９は超電導コイル１に図示しない
電源より電流を供給して励磁する電流リードである。
【０００４】図５に示すように、冷凍機７は、冷却ボビ
ン５に層状に巻回された超電導コイル１を側方より支持
する一方の冷却フランジ４と輻射シールド２に接続され
ており、超電導コイル１を所定の極低温（約２０〜８０
Ｋ）に、また輻射シールド２を所定の極低温（約８０〜
１００Ｋ）に冷却する。
ン５に層状に巻回された超電導コイル１を側方より支持
する一方の冷却フランジ４と輻射シールド２に接続され
ており、超電導コイル１を所定の極低温（約２０〜８０
Ｋ）に、また輻射シールド２を所定の極低温（約８０〜
１００Ｋ）に冷却する。
【０００５】図６に超電導コイル部の拡大断面図を示
す。図６に示すように、超電導コイル１は円筒状の冷却
ボビン５に超電導線１０を層状に巻回して構成されてお
り、両側面に冷却フランジ４Ａ，４Ｂが、また外周に冷
却板６が備えられている。冷凍機７により図中下側の冷
却フランジ４Ａの一端を冷却することにより、これに連
結された冷却ボビン５、冷却板６、上部の冷却板４Ｂが
熱伝導により冷却され、さらにこれらに取り囲まれた超
電導コイル１が熱伝導により超電導の臨界温度以下の温
度に冷却され、超電導状態に保持される。超電導状態に
おいて電流リード９を用いて超電導コイル１に電流を供
給すると、強磁界が生じ、同時にインダクタンスに比例
した磁気エネルギーが超電導コイル１に蓄積されること
となる。
す。図６に示すように、超電導コイル１は円筒状の冷却
ボビン５に超電導線１０を層状に巻回して構成されてお
り、両側面に冷却フランジ４Ａ，４Ｂが、また外周に冷
却板６が備えられている。冷凍機７により図中下側の冷
却フランジ４Ａの一端を冷却することにより、これに連
結された冷却ボビン５、冷却板６、上部の冷却板４Ｂが
熱伝導により冷却され、さらにこれらに取り囲まれた超
電導コイル１が熱伝導により超電導の臨界温度以下の温
度に冷却され、超電導状態に保持される。超電導状態に
おいて電流リード９を用いて超電導コイル１に電流を供
給すると、強磁界が生じ、同時にインダクタンスに比例
した磁気エネルギーが超電導コイル１に蓄積されること
となる。
【０００６】前述のように超電導コイルは、冷凍機から
冷却フランジ４、冷却ボビン５、冷却板６が熱伝導によ
って冷却され、最終的に超電導線１０どうしの熱伝導に
よって冷却される。超電導線１０は安定化や線材化のた
めに銅または銀を含んでおり、超電導線１０自身の熱伝
導は良好であり、超電導線１０どうしの接触の熱伝導、
即ち接触熱抵抗が、超電導コイルの冷却性能を左右する
支配的要因となる。固体と固体の接触による熱伝導は、
固体の表面粗さに依存する。完全な平滑面であるものは
存在しないので、熱伝導に有効な接触面積は、見かけの
接触面積よりはるかに小さくなる。
冷却フランジ４、冷却ボビン５、冷却板６が熱伝導によ
って冷却され、最終的に超電導線１０どうしの熱伝導に
よって冷却される。超電導線１０は安定化や線材化のた
めに銅または銀を含んでおり、超電導線１０自身の熱伝
導は良好であり、超電導線１０どうしの接触の熱伝導、
即ち接触熱抵抗が、超電導コイルの冷却性能を左右する
支配的要因となる。固体と固体の接触による熱伝導は、
固体の表面粗さに依存する。完全な平滑面であるものは
存在しないので、熱伝導に有効な接触面積は、見かけの
接触面積よりはるかに小さくなる。
【０００７】超電導線１０どうしの接触の熱伝導を良く
するためには、超電導線１０どうしの熱伝導に有効な接
触面積を大きくすればよく、コイル巻回時に大きな張力
をかける方法や、巻回後冷却板６で圧縮する方法等の対
策が挙げられる。しかし、超電導線が酸化物超電導線の
場合には、酸化物超電導線が機械的に弱いため上記の対
策が制限される。したがって、上記の対策が不十分な場
合は、超電導線間の熱伝導に有効な接触面積が大きくで
きず、熱伝導が悪くなる。超電導コイル１が交流損失を
発生するような運転をした場合には、交流損失による発
熱は熱伝導が悪いため効果的に除去できず、超電導コイ
ル１の温度上昇を抑制できず、臨界温度以上になり、超
電導線１０が超電導状態から常電導状態へと移行する常
電導転移(クエンチ)を引き起こす恐れがある。
するためには、超電導線１０どうしの熱伝導に有効な接
触面積を大きくすればよく、コイル巻回時に大きな張力
をかける方法や、巻回後冷却板６で圧縮する方法等の対
策が挙げられる。しかし、超電導線が酸化物超電導線の
場合には、酸化物超電導線が機械的に弱いため上記の対
策が制限される。したがって、上記の対策が不十分な場
合は、超電導線間の熱伝導に有効な接触面積が大きくで
きず、熱伝導が悪くなる。超電導コイル１が交流損失を
発生するような運転をした場合には、交流損失による発
熱は熱伝導が悪いため効果的に除去できず、超電導コイ
ル１の温度上昇を抑制できず、臨界温度以上になり、超
電導線１０が超電導状態から常電導状態へと移行する常
電導転移(クエンチ)を引き起こす恐れがある。
【０００８】図７は、このような常電導転位の危険性を
抑制するために提案された超電導コイルの構成例とし
て、特開平１０−１１６７２５号公報や特開平１１−１
３５３１８号公報に記載された超電導コイルの断面図で
ある。本構成に於いては、冷却ボビン５に層状に巻回さ
れた超電導線１０の層間に、銅あるいは銅合金等の良熱
伝導材料よりなる伝導冷却板１１が組み込まれており、
伝導冷却板１１の両端は、冷却フランジ４Ｃおよび冷却
フランジ４Ｄに備えられた溝中に挿入されている。従っ
て本構成では、超電導コイルの内部が伝導冷却板１１を
介しての伝熱により臨界電流以下の所定温度へと冷却さ
れるので、常電導転位を生じることなく運転できること
となる。
抑制するために提案された超電導コイルの構成例とし
て、特開平１０−１１６７２５号公報や特開平１１−１
３５３１８号公報に記載された超電導コイルの断面図で
ある。本構成に於いては、冷却ボビン５に層状に巻回さ
れた超電導線１０の層間に、銅あるいは銅合金等の良熱
伝導材料よりなる伝導冷却板１１が組み込まれており、
伝導冷却板１１の両端は、冷却フランジ４Ｃおよび冷却
フランジ４Ｄに備えられた溝中に挿入されている。従っ
て本構成では、超電導コイルの内部が伝導冷却板１１を
介しての伝熱により臨界電流以下の所定温度へと冷却さ
れるので、常電導転位を生じることなく運転できること
となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
においても、超電導コイル寸法が大型化した場合には、
伝導冷却板１１が長くなり、超電導コイルの中央部の温
度は、冷却フランジの温度よりはるかに高くなる可能性
がある。また大型化することで大きな交流損失が発生
し、コイルの温度上昇を抑制できなくなる可能性があ
る。結果として超電導コイルの温度を所定の温度に保つ
ことができなくなり、安定した運転ができなくなる可能
性が生じる。
においても、超電導コイル寸法が大型化した場合には、
伝導冷却板１１が長くなり、超電導コイルの中央部の温
度は、冷却フランジの温度よりはるかに高くなる可能性
がある。また大型化することで大きな交流損失が発生
し、コイルの温度上昇を抑制できなくなる可能性があ
る。結果として超電導コイルの温度を所定の温度に保つ
ことができなくなり、安定した運転ができなくなる可能
性が生じる。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、大型のコイ
ルに於いても、交流損失に伴う発熱が効果的に除去さ
れ、常電導転移を生じることなく安定して運転できる超
電導磁石を提供することにある。
るためになされたもので、本発明の課題は、大型のコイ
ルに於いても、交流損失に伴う発熱が効果的に除去さ
れ、常電導転移を生じることなく安定して運転できる超
電導磁石を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、超電導線を巻枠に層状に巻回しフラン
ジで支持してなる超電導コイルと、超電導コイルを断熱
して収納する真空容器とを備え、付設した冷凍機を用い
て超電導コイルを冷却し、極低温に保持してなる超電導
磁石において、前記超電導コイルの層間に冷却用配管を
配設し、前記冷凍機で発生する極低温の冷媒ガスを前記
冷却用配管内に通流して超電導コイルを冷却するように
構成するものとする（請求項１の発明）。
め、この発明は、超電導線を巻枠に層状に巻回しフラン
ジで支持してなる超電導コイルと、超電導コイルを断熱
して収納する真空容器とを備え、付設した冷凍機を用い
て超電導コイルを冷却し、極低温に保持してなる超電導
磁石において、前記超電導コイルの層間に冷却用配管を
配設し、前記冷凍機で発生する極低温の冷媒ガスを前記
冷却用配管内に通流して超電導コイルを冷却するように
構成するものとする（請求項１の発明）。
【００１２】上記により、超電導コイルが大型化して交
流損失が増大した場合にも、冷媒ガス温度や流量を適切
に選定することにより、超電導コイル内部の温度を所定
温度以下に保つことができる。
流損失が増大した場合にも、冷媒ガス温度や流量を適切
に選定することにより、超電導コイル内部の温度を所定
温度以下に保つことができる。
【００１３】また、上記請求項１の発明において、前記
冷却用配管内に通流して超電導コイルを冷却した冷媒ガ
スを、超電導コイルに電流を供給する電流リードに通流
して電流リードを冷却するように構成するものとする
（請求項２の発明）。これにより、超電導コイルのみな
らず、電流リードも冷媒ガスによって冷却されるので、
電流リードを介しての侵入熱量が大幅に低下し、超電導
コイルでの熱損失に比べて無視できるレベルとなる。従
って、電流リードを介しての侵入熱量に影響されること
なく、超電導コイル内部の温度を容易に所定温度以下に
保つことができる。
冷却用配管内に通流して超電導コイルを冷却した冷媒ガ
スを、超電導コイルに電流を供給する電流リードに通流
して電流リードを冷却するように構成するものとする
（請求項２の発明）。これにより、超電導コイルのみな
らず、電流リードも冷媒ガスによって冷却されるので、
電流リードを介しての侵入熱量が大幅に低下し、超電導
コイルでの熱損失に比べて無視できるレベルとなる。従
って、電流リードを介しての侵入熱量に影響されること
なく、超電導コイル内部の温度を容易に所定温度以下に
保つことができる。
【００１４】さらに、上記請求項１の発明において、前
記冷凍機は、パルス管冷凍機とし、前記冷却用配管は、
パルス管冷凍機における蓄冷器とパルス管低温部との間
の接続配管とし、冷凍機の一部をなす構成とする（請求
項３の発明）。これにより、外部から冷媒ガスを送らず
に配管を直接冷却して、超電導コイル内部を冷却するこ
とができる。
記冷凍機は、パルス管冷凍機とし、前記冷却用配管は、
パルス管冷凍機における蓄冷器とパルス管低温部との間
の接続配管とし、冷凍機の一部をなす構成とする（請求
項３の発明）。これにより、外部から冷媒ガスを送らず
に配管を直接冷却して、超電導コイル内部を冷却するこ
とができる。
【００１５】さらにまた、前記超電導線と冷却用配管と
は、電気的に絶縁される必要があり、その上で良好な熱
伝導も保持する必要がある。かかる要請を満足するため
の構成として、下記の実施態様が好適に採用できる。
は、電気的に絶縁される必要があり、その上で良好な熱
伝導も保持する必要がある。かかる要請を満足するため
の構成として、下記の実施態様が好適に採用できる。
【００１６】まず、前記請求項１ないし３のいずれかの
発明において、超電導コイルは、前記超電導線と冷却用
配管との間に良熱伝導性樹脂を介在して巻回されてなる
ものとする（請求項４の発明）。また、上記のものにお
いて、前記良熱伝導性樹脂は、アルミナ，窒化アルミニ
ウム，酸化マグネシウム等の良熱伝導性セラミックス材
料の粉末を樹脂中に分散混入したものとする（請求項５
の発明）。
発明において、超電導コイルは、前記超電導線と冷却用
配管との間に良熱伝導性樹脂を介在して巻回されてなる
ものとする（請求項４の発明）。また、上記のものにお
いて、前記良熱伝導性樹脂は、アルミナ，窒化アルミニ
ウム，酸化マグネシウム等の良熱伝導性セラミックス材
料の粉末を樹脂中に分散混入したものとする（請求項５
の発明）。
【００１７】さらに、前記請求項１ないし３のいずれか
の発明において、前記冷却用配管は、良熱伝導性の金属
材料からなり、その外表面に電気絶縁性材料を被覆して
なるものとする（請求項６の発明）。また、上記のもの
において、前記電気絶縁性材料は、アルミナ，窒化アル
ミニウム，酸化マグネシウム等の良熱伝導性セラミック
ス材料としたものとする（請求項７の発明）。
の発明において、前記冷却用配管は、良熱伝導性の金属
材料からなり、その外表面に電気絶縁性材料を被覆して
なるものとする（請求項６の発明）。また、上記のもの
において、前記電気絶縁性材料は、アルミナ，窒化アル
ミニウム，酸化マグネシウム等の良熱伝導性セラミック
ス材料としたものとする（請求項７の発明）。
【００１８】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。
態について以下に述べる。
【００１９】（実施例１）図１は本発明による超電導磁
石の実施例の超電導コイル部を拡大して示す断面図で、
図７の従来例に対比して図示したものである。
石の実施例の超電導コイル部を拡大して示す断面図で、
図７の従来例に対比して図示したものである。
【００２０】本実施例の超電導コイルは、図示しない中
心軸を有する巻枠１５に、超電導線１０を層状に巻回
し、コイルフランジ１４により支持する。超電導線１０
の層間には冷却用配管２０が配置されている。冷却用配
管２０には、図示しない極低温のガスを循環できる冷凍
機が連結されており、冷媒ガスが冷却用配管２０の内部
に通流されるように構成される。
心軸を有する巻枠１５に、超電導線１０を層状に巻回
し、コイルフランジ１４により支持する。超電導線１０
の層間には冷却用配管２０が配置されている。冷却用配
管２０には、図示しない極低温のガスを循環できる冷凍
機が連結されており、冷媒ガスが冷却用配管２０の内部
に通流されるように構成される。
【００２１】図１においては、冷却用配管２０をすべて
の層間に設けた例を示すが、場合によっては、一部の層
間には冷却用配管を設けないように構成してもよい。ま
た、コイルの円周方向には、所定の間隔で冷却用配管を
設ける。コイルの円周方向の冷却用配管間のすきまや、
超電導線１０と冷却用配管２０との間には、良熱伝導性
樹脂を介在させて超電導線を巻回する。これにより、機
械的にも熱伝導の観点からも好適な超電導コイルが構成
できる。前記良熱伝導性樹脂としては、例えばエポキシ
樹脂に、アルミナ，窒化アルミニウム，酸化マグネシウ
ム等の良熱伝導性セラミックス材料の粉末を分散混入し
たものとする。
の層間に設けた例を示すが、場合によっては、一部の層
間には冷却用配管を設けないように構成してもよい。ま
た、コイルの円周方向には、所定の間隔で冷却用配管を
設ける。コイルの円周方向の冷却用配管間のすきまや、
超電導線１０と冷却用配管２０との間には、良熱伝導性
樹脂を介在させて超電導線を巻回する。これにより、機
械的にも熱伝導の観点からも好適な超電導コイルが構成
できる。前記良熱伝導性樹脂としては、例えばエポキシ
樹脂に、アルミナ，窒化アルミニウム，酸化マグネシウ
ム等の良熱伝導性セラミックス材料の粉末を分散混入し
たものとする。
【００２２】超電導線１０は冷却用配管２０を介して冷
却され、極低温に保持される。超電導コイルが交流損失
を伴う運転をした場合には、超電導線１０が発熱する
が、冷却用配管２０に伝熱し冷媒ガスによって冷却され
る。従って、交流損失を伴う場合にあっても、超電導コ
イル内部の発熱が除去されるので、超電導コイルの温度
の上昇は低く抑えられる。
却され、極低温に保持される。超電導コイルが交流損失
を伴う運転をした場合には、超電導線１０が発熱する
が、冷却用配管２０に伝熱し冷媒ガスによって冷却され
る。従って、交流損失を伴う場合にあっても、超電導コ
イル内部の発熱が除去されるので、超電導コイルの温度
の上昇は低く抑えられる。
【００２３】（実施例２）図２は、本発明による超電導
磁石の異なる実施例の基本構成を模式的に示す断面図で
ある。図２において、前述の図１および図５〜７におい
て説明した構成部材と同一機能を有する構成部材には、
同一番号を付して説明を省略する。また、図２における
超電導コイルの冷却用配管２０は、図示を簡略化するた
めに、左右各１本のみで表示している。
磁石の異なる実施例の基本構成を模式的に示す断面図で
ある。図２において、前述の図１および図５〜７におい
て説明した構成部材と同一機能を有する構成部材には、
同一番号を付して説明を省略する。また、図２における
超電導コイルの冷却用配管２０は、図示を簡略化するた
めに、左右各１本のみで表示している。
【００２４】本実施例においては、超電導コイル、電流
リード９の低温部、冷媒ガス供給配管１３の一部、なら
びに接続配管１１を真空容器３の内部に配し、真空断熱
して超電導磁石を構成している。この実施例の超電導磁
石においては、冷凍機７から、冷媒ガス供給配管１３を
介して、複数の冷却用配管２０に冷媒ガスを供給して超
電導コイルを冷却し、冷却用配管２０から排出された冷
媒ガスは、接続配管１１を介して、絶縁配管１６によっ
て電気的に絶縁された電流リード９の冷却ガス導入口へ
と送られる。電流リード９を冷却した冷媒ガスは、絶縁
配管１７によって電気的に絶縁された冷媒ガス回収配管
１８を介して、冷凍機７へと戻され、再度冷却される。
リード９の低温部、冷媒ガス供給配管１３の一部、なら
びに接続配管１１を真空容器３の内部に配し、真空断熱
して超電導磁石を構成している。この実施例の超電導磁
石においては、冷凍機７から、冷媒ガス供給配管１３を
介して、複数の冷却用配管２０に冷媒ガスを供給して超
電導コイルを冷却し、冷却用配管２０から排出された冷
媒ガスは、接続配管１１を介して、絶縁配管１６によっ
て電気的に絶縁された電流リード９の冷却ガス導入口へ
と送られる。電流リード９を冷却した冷媒ガスは、絶縁
配管１７によって電気的に絶縁された冷媒ガス回収配管
１８を介して、冷凍機７へと戻され、再度冷却される。
【００２５】上記構成によれば、超電導コイルのみなら
ず、電流リード９が冷媒ガスによって冷却されるので、
電流リード９を介しての侵入熱量が大幅に低下し、超電
導コイルでの熱損失に比べて無視できるレベルとなる。
従って、電流リード９を介しての侵入熱量に影響される
ことなく、超電導コイルの温度の調整を容易に行うこと
ができる。
ず、電流リード９が冷媒ガスによって冷却されるので、
電流リード９を介しての侵入熱量が大幅に低下し、超電
導コイルでの熱損失に比べて無視できるレベルとなる。
従って、電流リード９を介しての侵入熱量に影響される
ことなく、超電導コイルの温度の調整を容易に行うこと
ができる。
【００２６】（実施例３）図３は冷却用配管がパルス管
冷凍機の一部として構成された超電導磁石の実施例の断
面図で、この構成は交流損失が比較的小さい超電導コイ
ルに適用される。パルス管冷凍機は、原理的には早くか
ら知られていたが、高温超電導による液体ヘリウムレス
のいわゆるドライマグネット時代の進展とともに、１９
９０年頃から急に技術的な進歩が起こり、実用化に至っ
たもので、表面積の非常に大きい蓄冷器とパルスチュー
ブの境界領域で熱吸収が起こる原理を有し、パルスチュ
ーブ内での圧力波の位相差制御がなされるものである。
パルス管冷凍機は、３０Ｋ程度までは最も単純な構造の
１段で冷凍できるので、高温超電導による超電導磁石の
冷却に極めて好適である。
冷凍機の一部として構成された超電導磁石の実施例の断
面図で、この構成は交流損失が比較的小さい超電導コイ
ルに適用される。パルス管冷凍機は、原理的には早くか
ら知られていたが、高温超電導による液体ヘリウムレス
のいわゆるドライマグネット時代の進展とともに、１９
９０年頃から急に技術的な進歩が起こり、実用化に至っ
たもので、表面積の非常に大きい蓄冷器とパルスチュー
ブの境界領域で熱吸収が起こる原理を有し、パルスチュ
ーブ内での圧力波の位相差制御がなされるものである。
パルス管冷凍機は、３０Ｋ程度までは最も単純な構造の
１段で冷凍できるので、高温超電導による超電導磁石の
冷却に極めて好適である。
【００２７】図３において、図示しない中心軸を有する
巻枠１５に、超電導線１０を層状に巻回し、超電導線１
０の層間には冷却用配管２０が配置されている。冷却用
配管２０は、全体構成は図示しないパルス管冷凍機のパ
ルス管２１と蓄冷器２２に連結されており、パルス管冷
凍機のコールドヘッドに相応する部分を構成している。
パルス管２１と蓄冷器２２は、図示しない弁や圧縮機に
連結されて運転され、冷却用配管２０を冷却する。従っ
て図１の実施例と同様に、超電導線１０は冷却用配管２
０を介して冷却され、極低温に保持される。超電導コイ
ルが交流損失を伴う運転をした場合には、超電導線１０
が発熱するが、冷却用配管２０に伝熱して冷却される。
巻枠１５に、超電導線１０を層状に巻回し、超電導線１
０の層間には冷却用配管２０が配置されている。冷却用
配管２０は、全体構成は図示しないパルス管冷凍機のパ
ルス管２１と蓄冷器２２に連結されており、パルス管冷
凍機のコールドヘッドに相応する部分を構成している。
パルス管２１と蓄冷器２２は、図示しない弁や圧縮機に
連結されて運転され、冷却用配管２０を冷却する。従っ
て図１の実施例と同様に、超電導線１０は冷却用配管２
０を介して冷却され、極低温に保持される。超電導コイ
ルが交流損失を伴う運転をした場合には、超電導線１０
が発熱するが、冷却用配管２０に伝熱して冷却される。
【００２８】（実施例４）図４は、図１ないし３に示す
ような冷却用配管２０を有する超電導コイルにおいて、
冷却用配管２０に絶縁を施した実施例である。冷却用配
管２０には良熱伝導の機能が求められるので、銅または
アルミニウム等の良熱伝導性金属が適している。超電導
線が電気絶縁されていない場合には冷却用配管と超電導
線は熱的には良好に接触するものの、電気的には絶縁す
る必要がある。冷却用配管２０の外周には電気絶縁性材
料が被覆されて電気絶縁層２３が形成され、電気的に超
電導線１０と絶縁される。冷却用配管２０は、図示しな
い極低温ガスを循環できる冷凍機または図示しないパル
ス管冷凍機のパルス管及び蓄冷器と連結されて冷却され
る。超電導線１０は冷却用配管２０、電気絶縁層２３を
介して冷却され、極低温に保持される。電気絶縁層２３
には良熱伝導、電気絶縁の機能が求められるので、アル
ミナ(Al2O3)や窒化アルミ(AlN)または酸化マグネシウム
(MgO)等の電気絶縁体良熱伝導性セラミックスを用い
る。
ような冷却用配管２０を有する超電導コイルにおいて、
冷却用配管２０に絶縁を施した実施例である。冷却用配
管２０には良熱伝導の機能が求められるので、銅または
アルミニウム等の良熱伝導性金属が適している。超電導
線が電気絶縁されていない場合には冷却用配管と超電導
線は熱的には良好に接触するものの、電気的には絶縁す
る必要がある。冷却用配管２０の外周には電気絶縁性材
料が被覆されて電気絶縁層２３が形成され、電気的に超
電導線１０と絶縁される。冷却用配管２０は、図示しな
い極低温ガスを循環できる冷凍機または図示しないパル
ス管冷凍機のパルス管及び蓄冷器と連結されて冷却され
る。超電導線１０は冷却用配管２０、電気絶縁層２３を
介して冷却され、極低温に保持される。電気絶縁層２３
には良熱伝導、電気絶縁の機能が求められるので、アル
ミナ(Al2O3)や窒化アルミ(AlN)または酸化マグネシウム
(MgO)等の電気絶縁体良熱伝導性セラミックスを用い
る。
【００２９】なお、前記実施例１ないし４において、冷
却用配管２０は垂直方向に配置したが、水平方向に配置
しても上記と同様の効果が得られる。
却用配管２０は垂直方向に配置したが、水平方向に配置
しても上記と同様の効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】この発明によれば前述のように、超電導
線を巻枠に層状に巻回しフランジで支持してなる超電導
コイルと、超電導コイルを断熱して収納する真空容器と
を備え、付設した冷凍機を用いて超電導コイルを冷却
し、極低温に保持してなる超電導磁石において、前記超
電導コイルの層間に冷却用配管を配設し、前記冷凍機で
発生する極低温の冷媒ガスを前記冷却用配管内に通流し
て超電導コイルを冷却するように構成したことにより、
交流損失による発熱が、効果的に超電導線から冷凍機が
連結されている冷却用配管まで伝達して除去され、超電
導線の温度上昇を低く抑えられる。従って交流損失を伴
う運転をしても、常電導転移せず安定な超電導磁石を提
供できる。
線を巻枠に層状に巻回しフランジで支持してなる超電導
コイルと、超電導コイルを断熱して収納する真空容器と
を備え、付設した冷凍機を用いて超電導コイルを冷却
し、極低温に保持してなる超電導磁石において、前記超
電導コイルの層間に冷却用配管を配設し、前記冷凍機で
発生する極低温の冷媒ガスを前記冷却用配管内に通流し
て超電導コイルを冷却するように構成したことにより、
交流損失による発熱が、効果的に超電導線から冷凍機が
連結されている冷却用配管まで伝達して除去され、超電
導線の温度上昇を低く抑えられる。従って交流損失を伴
う運転をしても、常電導転移せず安定な超電導磁石を提
供できる。
【図１】本発明の実施例に関わる超電導磁石の超電導コ
イル部の拡大断面図
イル部の拡大断面図
【図２】本発明の異なる実施例に関わる超電導磁石の基
本構成を模式的に示す断面図
本構成を模式的に示す断面図
【図３】本発明のさらに異なる実施例の超電導コイル部
の拡大断面図
の拡大断面図
【図４】本発明のさらに異なる実施例の超電導コイル部
の拡大断面図
の拡大断面図
【図５】従来の冷凍機冷却方式の超電導磁石の基本構成
を模式的に示す断面図
を模式的に示す断面図
【図６】図５に示した超電導磁石の超電導コイル部の拡
大断面図
大断面図
【図７】従来の超電導磁石の異なる構成例を示す超電導
コイル部の拡大断面図
コイル部の拡大断面図
１：超電導コイル、３：真空容器、７：冷凍機、９：電
流リード、１０：超電導線、１４：コイルフランジ、１
５：巻枠、２０：冷却用配管、２１：パルス管、２２：
蓄冷器、２３：電気絶縁層。
流リード、１０：超電導線、１４：コイルフランジ、１
５：巻枠、２０：冷却用配管、２１：パルス管、２２：
蓄冷器、２３：電気絶縁層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀美 福岡県福岡市南区塩原二丁目１番47号 九 州電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 船木 和夫 福岡県福岡市東区みどりが丘一丁目１番７ 号 (72)発明者 岩熊 成卓 福岡県大野城市下大利団地26−402 (72)発明者 富岡 章 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 坊野 敬昭 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M114 AA07 AA15 AA27 CC03 CC05 CC11 DA02 DA32 DB02 DB53
Claims (7)
- 【請求項１】 超電導線を巻枠に層状に巻回しフランジ
で支持してなる超電導コイルと、超電導コイルを断熱し
て収納する真空容器とを備え、付設した冷凍機を用いて
超電導コイルを冷却し、極低温に保持してなる超電導磁
石において、前記超電導コイルの層間に冷却用配管を配
設し、前記冷凍機で発生する極低温の冷媒ガスを前記冷
却用配管内に通流して超電導コイルを冷却するように構
成したことを特徴とする超電導磁石。 - 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、前記冷却
用配管内に通流して超電導コイルを冷却した冷媒ガス
を、超電導コイルに電流を供給する電流リードに通流し
て電流リードを冷却するように構成したことを特徴とす
る超電導磁石。 - 【請求項３】 請求項１記載のものにおいて、前記冷凍
機は、パルス管冷凍機とし、前記冷却用配管は、パルス
管冷凍機における蓄冷器とパルス管低温部との間の接続
配管とし、冷凍機の一部をなす構成としたことを特徴と
する超電導磁石。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
のにおいて、前記超電導コイルは、前記超電導線と冷却
用配管との間に良熱伝導性樹脂を介在して巻回されてな
ることを特徴とする超電導磁石。 - 【請求項５】 請求項４に記載のものにおいて、前記良
熱伝導性樹脂は、アルミナ，窒化アルミニウム，酸化マ
グネシウム等の良熱伝導性セラミックス材料の粉末を樹
脂中に分散混入したものとしたことを特徴とする超電導
磁石。 - 【請求項６】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
のにおいて、前記冷却用配管は、良熱伝導性の金属材料
からなり、その外表面に電気絶縁性材料を被覆してなる
ことを特徴とする超電導磁石。 - 【請求項７】 請求項６に記載のものにおいて、前記電
気絶縁性材料は、アルミナ，窒化アルミニウム，酸化マ
グネシウム等の良熱伝導性セラミックス材料としたこと
を特徴とする超電導磁石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129441A JP4799757B2 (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 超電導磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001129441A JP4799757B2 (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 超電導磁石 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002324707A true JP2002324707A (ja) | 2002-11-08 |
| JP4799757B2 JP4799757B2 (ja) | 2011-10-26 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001129441A Expired - Fee Related JP4799757B2 (ja) | 2001-04-26 | 2001-04-26 | 超電導磁石 |
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- 2001-04-26 JP JP2001129441A patent/JP4799757B2/ja not_active Expired - Fee Related
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