JP2013131689A - 電力用誘導機器の超電導コイル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体窒素中に浸漬して冷却する超電導コイルで、円筒状巻枠4の外周面に螺旋状のコイル溝4aを形成してその溝内にテープ状の高温超電導線材5を巻回したものにおいて、螺旋状コイル溝4aに沿ってその内径側には該コイル溝より狭小な溝幅に設定した螺旋状の冷却ダクト4cを形成するとともに、超電導線材5を含めて巻枠4の外周面全域を密閉状に覆うように樹脂を含浸させた絶縁テープ15を巻き付けて超電導線材5の発生熱をその内径側の冷却ダクト4cに通流する液体窒素で除熱,冷却し、絶縁テープ15で覆った外周面側に気泡が発生するのを抑制して所定の絶縁性能を保持するようにする。
【選択図】図1
Description
ープ幅寸法に合わせて巻枠4の外周面には螺旋状のコイル溝4aをあらかじめ加工しておき、このコイル溝4aに沿って超電導線材5を一条,ないし複数条重ねて溝内に巻回した上で、さらに超電導線材5の外周面にガラスバインドテープ6、あるいは常温導電体の金属テープを巻き付け、過電流が流れた際に超電導線材5に加わる半径方向の電磁力を外周側から支持するようにしている。また、巻枠4の外周面上には前記の螺旋状コイル溝4aと交差するよう縦軸方向に延在する冷却ダクト4bを周上に分散形成し、この冷却ダクト4bに液体窒素を通流して超電導線材5の通電に伴う発熱を内径側から除熱するようにしている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
前記の螺旋状コイル溝に沿ってその内径側に、該コイル溝より狭小な溝幅に設定した螺旋状の冷却ダクトを形成するとともに、前記超電導線材を包含して前記巻枠の外周面域を密閉状に覆うように、樹脂を含浸させた気液不透過性の絶縁テープを巻枠の周面に巻装するものとする(請求項1)。
(1)前記の絶縁テープとして、ガラスクロスに半硬化状のエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグテープを巻枠周面に巻装して熱硬化処理を施す(請求項2)。
(2)前記円筒状巻枠の外径側には、前記の螺旋状コイル溝および冷却ダクトと交差して巻枠の縦軸方向に延在する冷却ダクトを巻枠の周上に分散して形成する(請求項3)。
(3)前記円筒状巻枠の上端側には、該巻枠の周面に巻回した超電導線材の上端からさらに上方に延在する延長部を形成し、かつ該延長部の軸方向長さを100mm以上,20
0mm以下に設定する(請求項4)。
(4)超電導コイルを浸漬する冷媒の液体窒素に、サブクール状態の過冷却液体窒素を用いる(請求項5)。
(1)螺旋状コイル溝に沿ってその内径側に、該コイル溝より狭小な溝幅に設定した螺旋状の冷却ダクトを形成するとともに、前記超電導線材を包含して前記巻枠の外周面域を密閉状に覆うように、半硬化状のエポキシ樹脂を含浸させた絶縁テープを巻枠の周面に巻装して熱硬化処理を施すことにより、巻枠の螺旋状コイル溝に沿ってその溝内に巻回した超電導線材は、前記コイル溝の内径側に沿って形成した螺旋状の冷却ダクトに通流する液体窒素との間で熱交換して除熱,冷却される。一方、前記コイル溝に沿って巻回した超電導線材を含めて巻枠の外周面域が、エポキシ樹脂を含浸,硬化させた気液不透過性の絶縁テープで密閉状に覆われているので、超電導線材の外周側が液体窒素に接することがなく、かつこの絶縁テープが断熱層となってコイル外周面側には気泡の発生が抑制される。
(2)また、前記の螺旋状冷却ダクトに加えて円筒状巻枠には、前記の螺旋状コイル溝および冷却ダクトと交差して巻枠の縦軸方向に延在する冷却ダクトを巻枠の周上に分散形成した上で、巻枠の周面を絶縁テープで密閉状に覆ったことにより、巻枠に巻回した超電導線材はその内周側に形成した周方向,および軸方向に延在する双方の冷却ダクトに通流する液体窒素と直接熱交換して除熱,冷却されることになる。したがって、この構成では超電導線材とこれに接して通流する液体窒素との間の熱伝達面積が大きくなるので、過電流の通電時に発熱した超電導線材を高い効率で冷却できるとともに、螺旋方向の冷却ダクトと交差する縦軸方向の冷却ダクトを追加形成することで冷却ダクトに通流する液体窒素の流れ性も向上する。
(3)さらに、前記巻枠の上端側には、その周面に巻回した超電導線材の上端からさらに上方に延在する延長部を形成し、かつ該延長部の軸方長距離を100mm以上,200
mm以下に設定することにより、超電導線材との熱交換により発生した気泡が前記冷却ダ
クト内を浮上移動する過程で再液化するための十分な距離を確保できる。これにより、冷却ダクト内に発生した気泡は巻枠の上端まで浮上到達する以前にダクト内で確実に再液化するようになるので、気泡が超電導コイルの巻枠上端から周囲の液体窒素中に流出するのを防止して絶縁性能に及ぼす影響が回避される。
(4)そのほか、超電導コイルを冷却する冷媒にサブクール状態の液体窒素(例えば、66K)を使用することで、飽和液体窒素(77K)と比べて超電導線材の臨界電流が高まるほか、過電流の通電に伴う気泡の発生も少なくなる。
している。
いる。そこで、前記のように円筒状巻枠4の上端側に延長部4dを形成した上で、該延長部4dの軸方向長さ距離Lを前記実験で検証した距離60mmよりも長い距離(100
〜200mm)を設定しておけば、過電流の通電でジュール発熱した超電導線材5からの
伝熱を受けて前記の冷却ダクト4b,4c内に発生した気泡を、巻枠4の上端に到達する以前に全て再液化させて消滅することができる。また、その延長部4dの距離Lを最大でも200mm以下に抑えて設定することで、容量が数MVAの超電導変圧器(全体高
さが5m以上にも及ぶ)に対しても、その超電導コイルの巻枠高さ寸法を僅か延長するだけで、その巻枠4に形成した冷却ダクト内に発生した気泡がコイル上方の液体窒素中に流出するのを確実に防止して高い絶縁性能を確保できてその効果は極めて大である。
2 低圧コイル層
3 高圧コイル層
4 巻枠
4a コイル溝
4b 縦軸方向の冷却ダクト
4c 螺旋状の冷却ダクト
4d 巻枠の延長部
5 高温超電導線材
7 コイル支持部材
14 液体窒素
15 絶縁テープ
L 延長部の長さ距離
Claims (5)
- 液体窒素を冷媒として該冷媒に浸漬して冷却する電力用誘導機器の超電導コイルであって、絶縁材からなる円筒状巻枠の外径側周面に螺旋状のコイル溝を形成し、該コイル溝に沿ってその溝内にテープ状の高温超電導線材を巻回したものにおいて、
前記の螺旋状コイル溝に沿ってその内径側に、該コイル溝より狭小な溝幅に設定した螺旋状の冷却ダクトを形成するとともに、前記超電導線材を包含して前記巻枠の外周面域を密閉状に覆うように、樹脂を含浸させた気液不透過性の絶縁テープを巻枠周面に巻装したことを特徴とする電力用誘導機器の超電導コイル。 - 請求項1に記載の超電導コイルにおいて、絶縁テープとして、ガラスクロスに半硬化状のエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグテープを巻枠周面に巻装して熱硬化処理を施したことを特徴とする電力用誘導機器の超電導コイル。
- 請求項1または2に記載の超電導コイルにおいて、円筒状巻枠の外径側には、前記の螺旋状コイル溝および冷却ダクトと交差して巻枠の縦軸方向に延在する冷却ダクトを巻枠の周上に分散して形成したことを特徴とする電力用誘導機器の超電導コイル。
- 請求項3に記載の超電導コイルにおいて、前記巻枠の上端側には該巻枠の周面に巻回した超電導線材の上端からさらに上方に延在する延長部を形成し、かつ該延長部の軸方向長さの距離を100mm以上,200mm以下に設定したことを特徴とする電力用誘導機
器の超電導コイル。 - 請求項1ないし4のいずれかの項に記載の超電導コイルにおいて、当該コイルを浸漬する冷媒の液体窒素がサブクール状態の過冷却液体窒素であることを特徴とする電力用誘導機器の超電導コイル。
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