JP2016032039A - 超電導マグネット、超電導マグネット装置、超電導マグネットの製造方法、および、超電導マグネット装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超電導マグネット20は、超電導コイル30と、超電導コイル30に含浸させた含浸材40と、表面材50と、表面材50のコイル径方向外側部分に取り付けられる冷却部材60と、を備える。表面材50は、超電導コイル30の外周部31に密接し、含浸材40よりも熱伝導率が高い。
【選択図】図2
Description
超電導マグネット装置1の製造方法について説明する。超電導マグネット装置1の製造方法は、超電導マグネット製造工程(超電導マグネット20の製造方法)と、真空容器収容工程と、冷却装置接続工程と、を備える。
図1に示す超電導マグネット装置1の製造方法、超電導マグネット20の製造方法、超電導マグネット装置1、および超電導マグネット20による効果を説明する。
超電導マグネット20の製造方法は、外側巻線取付工程(図4参照)と、含浸工程(図5参照)と、外側巻線取外し工程(図6参照)と、表面材密接工程(図7参照)と、冷却部材取付工程(図2参照)と、を備える。
[構成1−1]図4に示すように、外側巻線取付工程は、超電導コイル30の外周部31に直接接触するように、外周部31に外側巻線90が巻かれる工程である。
[構成1−2]図5に示すように、含浸工程は、外側巻線取付工程(図4参照)を経た外側巻線90および超電導コイル30に含浸材40を含浸させる工程である。
[構成1−3]図6に示すように、外側巻線取外し工程は、含浸工程(図5参照)の後に、外周部31から外側巻線90が取り外される工程である。
[構成1−4]図7に示すように、表面材密接工程は、含浸材40よりも熱伝導率が高い表面材50を、外側巻線取外し工程(図6参照)を経た外周部31に密接させる工程である。
[構成1−5]図2に示すように、冷却部材取付工程は、表面材密接工程(図7参照)を経た表面材50のコイル径方向外側部分に冷却部材60が取り付けられる工程である。
上記「(効果1)」の背景について説明する。なお、超電導マグネット20は、下記の従来技術が有する各問題の全てを解消する必要はない(一部のみ解消できてもよい)。図8に従来の超電導マグネット120を示す。上記のように、従来の超電導マグネット120では、超電導コイル130の外周部131と、外周部131に取り付けられる冷却部材160と、の熱接触抵抗(「熱接触抵抗R」とする)が問題となっていた。
超電導マグネット120の製造工程においては、超電導線135の巻線施工上の問題や、製造上の公差の問題がある。具体的には、コイル軸方向から見たときに、外周部131が完全な(厳密な)円形になるように超電導線135を巻くことはできない。また、冷却部材160を、外周部131の形状に正確に沿った形状にすることは困難である。困難である理由は次の通りである。例えば、冷却部材160が板状の場合、冷却部材160で熱伝導が適切に行われるようにするために、冷却部材160には一定以上の厚さが必要である。このように厚みのある冷却部材160を、外周部131の形状に正確に沿った形状に加工(曲げ加工など)することは困難である。また、冷却部材160が板状でない場合、コイル軸方向から見て完全な円形ではない外周部131の形状に沿うように、冷却部材160に機械加工などを施すことは困難である。
特許文献1〜3には、上記の熱接触抵抗Rの低減を図ったものが記載されている。
[従来技術1]特許文献1の段落[0007]には、次の記載がある(下記の括弧を付した符号は、特許文献1〜3に記載の符号である)。「伝熱ブロック(110)と超電導コイル(120)との密着面で・・・隙間が生じる」。「この隙間全体を充填材(130)で埋めることが多い。この充填材(130)は延性、展性に優れ(柔かい)、熱伝導率の大きな金属からなり、例としてインジウムなどが挙げられる」。
[従来技術2]特許文献2の段落[0015]には、次の記載がある。「伝熱板(5)」を「超電導コイル(3)・・・の外形(外周のR部)形状に合わせて端面機械加工したものを、超電導コイル(3)・・・の外周部にエポキシ等の伝熱性のある接着剤または挿入剤を薄く塗布することで薄い層状に密接着させ」。「熱接触を向上させるために、連結部にインジウム等の軟金属(17)を挿入することもある」。
[従来技術3]特許文献3の段落[0014]には、次の記載がある。「筒状部材(2)は、超電導コイル(1)に十分に伝熱するために、超電導コイル(1)との密着性が必要であるので、変形が容易な厚さが薄い金属板又は合金板から作製されるものであることが好ましい」。
上記[従来技術1][従来技術2]および[従来技術3]には、上記のように、外周部131と冷却部材160との間の含浸材140による熱伝導率の悪化の問題がある。この問題の詳細は次の通りである。
[従来の超電導マグネット120の製造方法の例]従来の超電導マグネット120の製造方法の一例を説明する。まず、超電導線135が巻枠133に巻かれることで超電導コイル130が作られる。この超電導コイル130のコイル径方向外側部分に、冷却部材160が取り付けられる。次に、超電導コイル130(超電導線135)に含浸材140が含浸される。すると、外周部131と冷却部材160との隙間に含浸材140が入り込む。上記のように、この含浸材140が、外周部131と冷却部材160との間での熱伝導率を悪化させる。
一方、図2に示すように、本実施形態の超電導マグネット20では、含浸材40よりも熱伝導率が高い表面材50が、外周部31と冷却部材60との間に配置される。よって、上記[従来技術1]、[従来技術2]、および[従来技術3]よりも、熱接触抵抗Rを小さくできる。
熱接触抵抗Rを低減させるために、図8に示す含浸材140(例えば樹脂)の熱伝導率を向上させることも考えられる。例えば、フィラー(金属粉など)を樹脂に混ぜ込むことで、樹脂の熱伝導率を向上させたものがある。しかし、このような熱伝導率の高い樹脂は、粘性が高く、超電導コイル130(超電導線135)への含浸が困難または不可能なので、含浸材140には適さない。
一方、図2に示すように、本実施形態の超電導マグネット20では、含浸材40よりも熱伝導率が高い表面材50が、含浸材40とは別に設けられる。よって、含浸に適した(粘性の低い)材料を含浸材40として用い、かつ、熱伝導性は高いが含浸に適さない程度に粘性の高い材料(例えばフィラー入り樹脂)を表面材50として用いることができる。なお、含浸材40にフィラーが含まれていてもよい。
一方、本実施形態の超電導マグネット20では、図2に示す表面材50を設けることによって熱接触抵抗Rを低減させるので、冷却部材60を薄くすることによって熱接触抵抗Rを低減させる必要はない。よって、冷却部材60の厚さを、冷却部材60で適切に熱伝導が行えるような厚さ以上に設定できる。
一方、本実施形態の超電導マグネット20(図2参照)では、上記[構成1−3](外側巻線取外し工程、図6参照)により、外周部31のコイル径方向外側の含浸材40(図5参照)を容易に取り除ける。
[構成2]図1に示す超電導マグネット装置1の製造方法は、超電導マグネット20が真空容器11に収容される真空容器収容工程と、冷却部材60が冷却装置15に接続される冷却装置接続工程と、を備える。
図2に示すように、超電導マグネット20は、超電導コイル30と、超電導コイル30に含浸させた含浸材40と、表面材50と、表面材50のコイル径方向外側部分に取り付けられる冷却部材60と、を備える。
[構成3]表面材50は、超電導コイル30の外周部31に密接し、含浸材40よりも熱伝導率が高い。
[構成4−1]表面材50は、図5に示す超電導コイル30に含浸材40を含浸させる時(含浸時、含浸工程の時)に外側巻線90が配置されていた位置に配置される。
[構成4−2]外側巻線90は、含浸時(含浸工程の時)に外周部31に直接接触するように巻かれた状態である。
[構成4−3]図6に示すように、外側巻線90は、含浸時(図5参照)よりも後に外周部31から取り外されたものである。
[構成5]図1に示すように、超電導マグネット装置1は、超電導マグネット20と、超電導マグネット20を収容する真空容器11と、冷却部材60に接続される冷却装置15と、を備える。
11 真空容器
15 冷却装置
20 超電導マグネット
30 超電導コイル
31 外周部
40 含浸材
50 表面材
60 冷却部材
90 外側巻線
Claims (5)
- 超電導コイルと、
前記超電導コイルに含浸させた含浸材と、
前記超電導コイルの外周部に密接し、前記含浸材よりも熱伝導率が高い表面材と、
前記表面材のコイル径方向外側部分に取り付けられる冷却部材と、
を備える、超電導マグネット。 - 請求項1に記載の超電導マグネットであって、
前記表面材は、前記超電導コイルに前記含浸材を含浸させる含浸時に外側巻線が配置されていた位置に配置され、
前記外側巻線は、前記含浸時に前記外周部に直接接触するように巻かれた状態であり、前記含浸時よりも後に前記外周部から取り外されたものである、
超電導マグネット。 - 請求項1または2に記載の前記超電導マグネットと、
前記超電導マグネットを収容する真空容器と、
前記冷却部材に接続される冷却装置と、
を備える、超電導マグネット装置。 - 超電導コイルの外周部に直接接触するように前記外周部に外側巻線が巻かれる外側巻線取付工程と、
前記外側巻線取付工程を経た前記外側巻線および前記超電導コイルに含浸材を含浸させる含浸工程と、
前記含浸工程の後に、前記外周部から前記外側巻線が取り外される外側巻線取外し工程と、
前記含浸材よりも熱伝導率が高い表面材を、前記外側巻線取外し工程を経た前記外周部に密接させる表面材密接工程と、
前記表面材密接工程を経た前記表面材のコイル径方向外側部分に冷却部材が取り付けられる冷却部材取付工程と、
を備える、超電導マグネットの製造方法。 - 請求項4に記載の製造方法により製造された前記超電導マグネットが真空容器に収容される真空容器収容工程と、
前記冷却部材が冷却装置に接続される冷却装置接続工程と、
を備える、超電導マグネット装置の製造方法。
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