JP3228967B2 - 超電導コイル - Google Patents
超電導コイルInfo
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- JP3228967B2 JP3228967B2 JP26421291A JP26421291A JP3228967B2 JP 3228967 B2 JP3228967 B2 JP 3228967B2 JP 26421291 A JP26421291 A JP 26421291A JP 26421291 A JP26421291 A JP 26421291A JP 3228967 B2 JP3228967 B2 JP 3228967B2
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強制冷却超電導コイルの
構造に関する。
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】強制冷却超電導コイルの一つに、多数の
超電導細線を束ねてコンジットに収納したバンドル型導
体を用いて構成し、この導体のバンドル内の小さな隙間
に超臨界圧ヘリウムを流してコイルを超低温に冷凍し、
超電導状態を保持する方式のものがある。一般にコイル
は、多数のコイル層（パンケーキコイルであれば多数の
パンケーキ層）を重ね、コイル層間に層間渡り部を設け
て構成される。この場合、冷媒口はこの層間渡り部に設
けられるのが普通である。
超電導細線を束ねてコンジットに収納したバンドル型導
体を用いて構成し、この導体のバンドル内の小さな隙間
に超臨界圧ヘリウムを流してコイルを超低温に冷凍し、
超電導状態を保持する方式のものがある。一般にコイル
は、多数のコイル層（パンケーキコイルであれば多数の
パンケーキ層）を重ね、コイル層間に層間渡り部を設け
て構成される。この場合、冷媒口はこの層間渡り部に設
けられるのが普通である。
【０００３】図５は４個のパンケーキからなる超電導コ
イルの冷却系統図である。（１）はパンケーキコイル、
（２）は絶縁管、（３）は低温パルプ、（４）はパンケ
ーキ間渡り部、（５）は冷媒（超臨界圧ヘリウム）の流
れの方向を示す矢印である。超電導コイルがリングコイ
ルの場合、磁場はコイル内周側の方が強いため、冷媒の
入口側冷媒口はコイル内周側に集中して設けられるのが
普通である。
イルの冷却系統図である。（１）はパンケーキコイル、
（２）は絶縁管、（３）は低温パルプ、（４）はパンケ
ーキ間渡り部、（５）は冷媒（超臨界圧ヘリウム）の流
れの方向を示す矢印である。超電導コイルがリングコイ
ルの場合、磁場はコイル内周側の方が強いため、冷媒の
入口側冷媒口はコイル内周側に集中して設けられるのが
普通である。
【０００４】図６は従来構成の冷媒口の横断面図であ
り、図７は図６中ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
（６）は超電導細線、（７）はコンジット、（８）は補
強枠、（９）は冷却管、（10）は冷媒の流路であり、方
向（10ａ）から導入された冷媒は（10ａ）、（10ｂ）に
分岐して導体内を流れ、超電導コイルを超低温に保つ。
り、図７は図６中ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
（６）は超電導細線、（７）はコンジット、（８）は補
強枠、（９）は冷却管、（10）は冷媒の流路であり、方
向（10ａ）から導入された冷媒は（10ａ）、（10ｂ）に
分岐して導体内を流れ、超電導コイルを超低温に保つ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなパンドル型
導体からなる超電導コイルの間題点は次のとうりであ
る。
導体からなる超電導コイルの間題点は次のとうりであ
る。
【０００６】（１）超電導コイルは、低温のヘリウムガ
スを冷媒流路（10）に流して徐々に超低温に冷却され
る。この場合、室温近傍の温度ではヘリウムガスの粘性
が大きく、したがって流路抵抗のためガスが流れ難くな
り、コイル全体を冷却するためにはかなりの時間が必要
となる。超電導コイルを早く所定の温度まで冷却するた
めには冷却時定数を短くする必要があるが、これまで良
い方法は提案されていない。
スを冷媒流路（10）に流して徐々に超低温に冷却され
る。この場合、室温近傍の温度ではヘリウムガスの粘性
が大きく、したがって流路抵抗のためガスが流れ難くな
り、コイル全体を冷却するためにはかなりの時間が必要
となる。超電導コイルを早く所定の温度まで冷却するた
めには冷却時定数を短くする必要があるが、これまで良
い方法は提案されていない。
【０００７】（２）超電導コイルに熱的な外気が加わり
超電導状態が崩壊した場合、超電導体は電気抵抗を持つ
ようになり、したがってジュール発熱が生じる。この発
熱は冷媒（超臨界圧ヘリウム）に伝えられるため、冷媒
は瞬時に相当な高圧となる。絶縁管（２）は強度の低い
ＦＲＰやセラミックスなどの電気絶縁機と金属を接合し
て作られているため、前記した衝撃的圧力が作用すると
絶縁管（２）が被損する恐れがある。
超電導状態が崩壊した場合、超電導体は電気抵抗を持つ
ようになり、したがってジュール発熱が生じる。この発
熱は冷媒（超臨界圧ヘリウム）に伝えられるため、冷媒
は瞬時に相当な高圧となる。絶縁管（２）は強度の低い
ＦＲＰやセラミックスなどの電気絶縁機と金属を接合し
て作られているため、前記した衝撃的圧力が作用すると
絶縁管（２）が被損する恐れがある。
【０００８】（３）図６，７に示す従来構成の冷媒口の
構造では、冷媒は導体の矩形断面内で４側面の内１側面
から導入されるため、いわゆる流れの助走区間が長くな
り、冷媒口まわりでは冷媒の流れが不均一となり、超電
導の安定性が損なわれる。このため、コンジット（７）
に穴をあける代りに冷媒口まわりのコンジットを除去す
る案が提案されているが、このようにすると細線（６）
のコンパクションが解放され、細線（６）が動き易くな
って細線間の摩擦熱により超電導の安定性が損なわれ
る。
構造では、冷媒は導体の矩形断面内で４側面の内１側面
から導入されるため、いわゆる流れの助走区間が長くな
り、冷媒口まわりでは冷媒の流れが不均一となり、超電
導の安定性が損なわれる。このため、コンジット（７）
に穴をあける代りに冷媒口まわりのコンジットを除去す
る案が提案されているが、このようにすると細線（６）
のコンパクションが解放され、細線（６）が動き易くな
って細線間の摩擦熱により超電導の安定性が損なわれ
る。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、超電導コイルの初期冷却時間を短縮し、破損がな
く、超電導の安定性の高い強制冷却超電導コイルを提供
することを目的とする。
で、超電導コイルの初期冷却時間を短縮し、破損がな
く、超電導の安定性の高い強制冷却超電導コイルを提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンジットに
多数の超電導細線を収容しその間に冷媒を流す強制冷却
型の超電導コイルにおいて、前記コンジット内に流す冷
媒を給排気させる冷却管を気密状態を形成する外壁に接
続し、この外壁と外壁内に配置された前記コンジットに
よって２重壁を構成し、この２重壁の間に２重壁内空間
と前記コンジット内を連通させるディフューザを複数個
設けたことを特徴とする。
多数の超電導細線を収容しその間に冷媒を流す強制冷却
型の超電導コイルにおいて、前記コンジット内に流す冷
媒を給排気させる冷却管を気密状態を形成する外壁に接
続し、この外壁と外壁内に配置された前記コンジットに
よって２重壁を構成し、この２重壁の間に２重壁内空間
と前記コンジット内を連通させるディフューザを複数個
設けたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】ディフューザは衝撃圧力を緩和する働きがある
のでコイルの超電導状態が崩壊した場合に生じる衝撃的
圧力上昇による絶縁管の破損の危険性を低減することが
できる。また、ディフューザは複数個設けられているた
め冷媒口近傍での流れの不均一性を除くことができる。
のでコイルの超電導状態が崩壊した場合に生じる衝撃的
圧力上昇による絶縁管の破損の危険性を低減することが
できる。また、ディフューザは複数個設けられているた
め冷媒口近傍での流れの不均一性を除くことができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２、図３
及び図４を参照して説明する。
及び図４を参照して説明する。
【００１３】図１は６個のパンケーキを重ねてなる超電
導リングコイルの平面図、図２は図１中“Ａ”部拡大
図、図３は図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４は図
３中ＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
導リングコイルの平面図、図２は図１中“Ａ”部拡大
図、図３は図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４は図
３中ＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【００１４】これらの図において、（21）は内側渡り導
体、（22）は内側冷媒導入部、（23）は外側冷媒排出
部、（24）は外壁、（25）はディフューザ、（26）は２
重壁内空間、（27）は冷媒の流れ方向を示す矢印、（2
8）は６個のパンケーキからなる超電導コイルである。
体、（22）は内側冷媒導入部、（23）は外側冷媒排出
部、（24）は外壁、（25）はディフューザ、（26）は２
重壁内空間、（27）は冷媒の流れ方向を示す矢印、（2
8）は６個のパンケーキからなる超電導コイルである。
【００１５】パンケーキが６個あるため、内側冷媒導入
部（22）の数は３個あるが、これらは第１図に示すよう
にリングコイルの円周方向に分散して設けてある。内側
冷媒導入部（22）は外壁（24）とディフューザ（25）か
ら構成され、外側冷媒排出部（23）は内側冷媒導入部
（22）と同じ構造で作られている。外壁（24）はコンジ
ット（７）とディフューザ（25）に溶接されており、２
重壁内空間（26）は気密構造になっている。ディフュー
ザ（25）は金属ブロックに３方に通る冷媒流路を設けた
ものであり、導体の周囲４ケ所に設けてある。なお、デ
ィフューザ（25）とコンジット（７）とは溶接されてい
る。
部（22）の数は３個あるが、これらは第１図に示すよう
にリングコイルの円周方向に分散して設けてある。内側
冷媒導入部（22）は外壁（24）とディフューザ（25）か
ら構成され、外側冷媒排出部（23）は内側冷媒導入部
（22）と同じ構造で作られている。外壁（24）はコンジ
ット（７）とディフューザ（25）に溶接されており、２
重壁内空間（26）は気密構造になっている。ディフュー
ザ（25）は金属ブロックに３方に通る冷媒流路を設けた
ものであり、導体の周囲４ケ所に設けてある。なお、デ
ィフューザ（25）とコンジット（７）とは溶接されてい
る。
【００１６】このような構造において、冷媒の流れは次
の通りである。即ち、冷却管（９）から導入された冷媒
は、広い２重壁内空間（26）に放出され、４方向から導
体（21）に流れ込む。外側冷媒排出部（23）では冷媒の
流れは上記した内側冷媒導入部（22）内での冷媒の流れ
と逆になる。即ち、外側冷媒排出部（23）では、冷媒は
導体の横断面内４ケ所から２重壁内空間に集められ、冷
却管（９）から排出される。
の通りである。即ち、冷却管（９）から導入された冷媒
は、広い２重壁内空間（26）に放出され、４方向から導
体（21）に流れ込む。外側冷媒排出部（23）では冷媒の
流れは上記した内側冷媒導入部（22）内での冷媒の流れ
と逆になる。即ち、外側冷媒排出部（23）では、冷媒は
導体の横断面内４ケ所から２重壁内空間に集められ、冷
却管（９）から排出される。
【００１７】このような構成の超電導リングコイルを室
温から超低温に冷凍するという初期冷凍において、より
冷たい状態の冷媒はリングコイルの周方向に分散して設
けられた内側冷媒導入部（22）から供給されるから、コ
イル横断面内の熱伝導による冷却が効率良くなるためコ
イルの冷却時定数が小さくなり、したがって、コイル内
の温度差を余り付けずに冷凍時間を短縮することができ
る。また、各内側冷媒導入部（22）において、冷媒は導
体断面内４ケ所から供給されるため、導体内での冷媒の
流れの不均一性を低減することができ、したがって、超
電導コイルの超電導安定性を高めることができる。更
に、コンジット（７）、ディフューザ（25）と外壁（2
4）とは溶接されているため、内側冷媒導入部（22）の
機械的剛性を高めることができる。
温から超低温に冷凍するという初期冷凍において、より
冷たい状態の冷媒はリングコイルの周方向に分散して設
けられた内側冷媒導入部（22）から供給されるから、コ
イル横断面内の熱伝導による冷却が効率良くなるためコ
イルの冷却時定数が小さくなり、したがって、コイル内
の温度差を余り付けずに冷凍時間を短縮することができ
る。また、各内側冷媒導入部（22）において、冷媒は導
体断面内４ケ所から供給されるため、導体内での冷媒の
流れの不均一性を低減することができ、したがって、超
電導コイルの超電導安定性を高めることができる。更
に、コンジット（７）、ディフューザ（25）と外壁（2
4）とは溶接されているため、内側冷媒導入部（22）の
機械的剛性を高めることができる。
【００１８】超電導コイルに熱的、電磁気学的な外乱な
どが加って、超電導状態が崩壊し、冷媒（例えば超臨界
圧ヘリウム）の圧力が急激に上昇した場合、圧力波は短
時間の内に冷媒給排口まで到達するこの場合、冷媒はデ
ィフューザ（25）を介して広い空間の２重壁内空間に放
出されるから、衝撃的な圧力が緩和され、静的な圧力と
なる。衝撃荷重に弱い絶縁管（２）は冷却管（９）側に
設置されているため、前記した衝撃的な圧力が絶縁管
（２）に作用し、これが破損する危険性を低減すること
ができる。
どが加って、超電導状態が崩壊し、冷媒（例えば超臨界
圧ヘリウム）の圧力が急激に上昇した場合、圧力波は短
時間の内に冷媒給排口まで到達するこの場合、冷媒はデ
ィフューザ（25）を介して広い空間の２重壁内空間に放
出されるから、衝撃的な圧力が緩和され、静的な圧力と
なる。衝撃荷重に弱い絶縁管（２）は冷却管（９）側に
設置されているため、前記した衝撃的な圧力が絶縁管
（２）に作用し、これが破損する危険性を低減すること
ができる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
冷媒給排口近傍を２重壁構造とし、この２重壁間にディ
フューザを設置したため、冷媒給排口近傍での超電導導
体内での冷媒の流れの不均一性を除くことができ、か
つ、衝撃的な圧力上昇に対して絶縁管を保護し、したが
って超電導コイルの超電導安定性が高い高信頼の超電導
コイルを提供することができる。
冷媒給排口近傍を２重壁構造とし、この２重壁間にディ
フューザを設置したため、冷媒給排口近傍での超電導導
体内での冷媒の流れの不均一性を除くことができ、か
つ、衝撃的な圧力上昇に対して絶縁管を保護し、したが
って超電導コイルの超電導安定性が高い高信頼の超電導
コイルを提供することができる。
【図１】本発明の実施例の超電導コイルの平面図。
【図２】図１中“Ａ”部拡大図。
【図３】図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図。
【図４】図３中ＩＶ−ＩＶ矢視断面図。
【図５】超電導コイルの冷却系統図。
【図６】従来の冷媒口の横断面図。
【図７】図６中ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図。
１…パンケーキコイル ２…絶縁管 ３…低温バルブ ４…パンケーキ間渡り部 ５…冷媒の流れ方向 ６…超電導細線 ７…コンジット ８…補強枠 ９…冷却管 10…冷媒流路方向 21…内側渡り導体 22…内側冷媒導入部 23…外側冷媒排出部 24…外壁 25…ディフューザ 26…２重壁内空間 27…冷媒の流れ方向を示す矢印 28…超電導コイル
Claims (1)
- 【請求項１】 コンジットに多数の超電導細線を収容し
その間に冷媒を流す強制冷却型の超電導コイルにおい
て、前記コンジット内に流す冷媒を給排気させる冷却管
を気密状態を形成する外壁に接続し、この外壁と外壁内
に配置された前記コンジットによって２重壁を構成し、
この２重壁の間に２重壁内空間と前記コンジット内を連
通させるディフューザを複数個設けたことを特徴とする
超電導コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26421291A JP3228967B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超電導コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26421291A JP3228967B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超電導コイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05109524A JPH05109524A (ja) | 1993-04-30 |
| JP3228967B2 true JP3228967B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=17400052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26421291A Expired - Fee Related JP3228967B2 (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超電導コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228967B2 (ja) |
-
1991
- 1991-10-14 JP JP26421291A patent/JP3228967B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05109524A (ja) | 1993-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070907 Year of fee payment: 6 |
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