JPH022385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は超電導回転子にかゝわり、特に冷媒ガ
ス循還係の改良に関するものである。

発明の技術的背景 周知のように超電導回転子は効率向上、小型軽
量化が可能であるためにや発電機に用いられる。

その特徴は回転子巻線が極低温に保たれ、これ
によつて電気抵坑が零の状態になることである。

ところで、極低温に保持するためには種々の機
能が要求される。

まず第１図により従来の超電導回転子の概要を
設明する。図においては１は回転子巻線であり、
回転子巻線１は筒状のトルクチユーブ容器２に納
められている。このトルクチユーブ容器２におけ
る回転子巻線１の収納部は仕切壁２ａにより気密
構造に形成されており、該収納部の回転子巻線１
配接位置の内側には隔壁４が形成されている。こ
の隔壁４には孔４ａが複数個穿設されている。

前記トルクチユーブ容器２は前記仕切壁２ａが
設けられている結果、その両端側はスリーブ状の
そで部２ｂとなつており、の両そで部２ｂ側には
回転子軸となる継ぎシヤフト３ａ，３ｂが設けら
れている。そして、継ぎシヤフト３ａはそで部２
ｂに端面を接合させて固定され、またそで部２
b′側は例えばベローズの如きフレキシブル続体５
を介して継ぎシヤフト２b′端面に接合される。

更に継ぎシヤフト２ｂ，２b′間には筒状の外筒
が嵌合され、外筒６内の空間部に前記トルクチユ
ーブ容器２が納められた状態となつている。ま
た、トルクチユーブ容器２の外側には内鍔を両端
に突設して成る筒状の熱輻射シールド７が嵌合さ
れていて、これにより熱輻射シールド７の表面に
より外来の熱を反射し、また熱輻射シールド７と
トルクチユーブ容器２の間に形成される空間によ
り熱電導を抑制して断熱構造を形成している。

また、継ぎシヤフト３ｂにはその軸心に両端面
に通ずる貫通孔３ｃが形成されており、この貫通
孔３ｃを通してトルクチユーブ容器２のそで部２
b′側より仕切壁を貫通させ、トルクチユーブ容器
２内部に至る二重管構造の液体冷媒供給パイプ８
が配管してある。また、トルクチユーブ容器２の
前記両仕切壁にはそれぞれ気化した冷媒の排出用
のパイプ９，１０が続されている。そして、各々
のパイプ９，１０はそで部２ｂ，２b′内壁面に沿
つて螺旋状に配管された後、前記継ぎシヤフト３
ｂの貫通孔３ｃを介して機外に導出される。

このような構成の従来の超電導回転子は継ぎシ
ヤフト３ａ，３ｂを軸受より保持して回転させる
が、回転子巻線１を極低温に保つため、液体冷媒
供給パイプ８を介して機外より例えば液体ヘリウ
ムなどの如き冷媒１１をトルクチユーブ容器２内
に送る。

この冷媒は回転子が回転することにより、その
遠心力によりトルクチユーブ容器２の室内隔壁４
にはり付くような形となり、この隔壁４に形成さ
れた孔４ａを通つて冷媒１１は回転子巻線１に侵
透し、回転子巻線１の熱を奪つて極低温に冷却す
る。

冷媒１１は熱を奪うことにより気化するが、こ
の気化により生じた蒸気はパイプ９，１０を介し
て機外に導出れ、冷却液化された後、再び液体冷
媒供給パイプ８を介してトルクチユーブ容器２内
に送り込む。前記気化による蒸気はパイプ９，１
０を通る間にこのパイプ９，１０に接しているト
ルクチユーブ容器２のそで部２ｂ，２b′を冷却
し、この部分よりトルクチユーブ容器２に外部か
らの熱が伝導するのを防ぐ。また外筒６内は真空
に保たれて断熱化されており、トルクチユーブ容
器２の温度上昇を抑えている。また、トルクチユ
ーブ容器２の外周に設けた熱輻射シールド７は外
部からの輻射熱をしや断し、トルクチユーブ容器
２内の液体冷媒１１の蒸発量を抑える。また、外
筒６は回転子内部の断熱用真空室部分の真空保持
用の他、更に、ダンパーとしての作用も有る。

このように液体冷媒より回転子巻線１を直接的
に冷却し、極低温に保つて電力損失を抑える。

背景技術の問題点 ところで、上述の如き構造の超電導回転子は液
体冷媒供給パイプや冷媒蒸気排出用のパイプ等の
配管の数が多く、特にこれらのパイプが一方の継
ぎシヤフトより、その中心に設けた貫通孔１３Ｃ
を通して配設されるために狭いスペース内に多数
のパイプを配設しなければならず、その配設位置
や配管時の作業性に問題があつた。

また、従来装置において外筒６内は真空室にし
てあり、この真空室は外筒６と継ぎシヤフト３
ａ，３ｂにより気密構造として真空を保つように
してある。そして、液体冷媒供給パイプ８も熱吸
収を防ぐために二重管構造として真空層を設けて
おり、気密構造や真空引きすべき筒所が多数にわ
たる構成では作業をたずらに繁雑にするばかりで
はなく、信頼性をも下げることになる。

発明の目的 本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、構
造を簡略化し、継ぎシヤフト貫通孔内の配管数と
回転子内部の気密箇所を少なくし、且つ作業性の
良いところで真空引きを図ることができるように
して作業性と信頼性の向上を図つた超電導回転子
を提供することを目的とする。

発明の概要 即ち、本発明は上記目的を達成するために真空
室を形成した回転子の該真空室内に回転子巻線を
収納する気密構造の収納室を有する筒状の容気を
回転子の軸線に沿つて配設すると共に前記収納室
にはその室内に連通する二重管構造の液体冷媒供
給パイプと前記容器内壁に沿つて敷設され前記収
納室内の気化冷媒導出用の複数の排出パイプとを
前記回転子の軸線に沿つて設けた貫通孔を通して
接続し、回転子外部より冷媒の給排を行つて前記
収納室内の回転子巻線の冷却を行うよにした超電
導回転子において、前記回転子内に前記排出パイ
プを集合接続するヘツターを設けると共に、前記
貫通孔にはこのヘツターに接続される主パイプを
設け、更に前記液体冷媒供給パイプは主パイプ内
を経て前記収納室に接続すると共に液体冷媒供給
パイプの外管内には前記真空室に連通させ、前記
真空室側における液体冷媒供給パイプの外管端部
側は前記ヘツター外壁との間を可撓性継手により
気密に接続し、前記収納室は貫通パイプを設けて
前記排出パイプの導出に利用し、前記真空室の外
側には前記収納室を覆つて非気密構造の熱輻射シ
ールドを設ける構造とし、真空引きを前記液体冷
媒供給パイプの外管を利用して一度に行うことが
できるようにして組み立て作業を容易とし、また
貫通孔を通すパイプは主パイプと液体冷媒供給パ
イプのみとすることにより貫通孔が狭くとも済む
ようにし、更に真空化すべき部分を一体化するこ
とにより気密構造の信頼性を高めるようにするも
のである。

発明の実施例 以下、本発明の一実施例について第２図〜第４
図を参照しながら説明する。

第２図は本装置の正面断面図、第３図は要部断
面図、第４図は貫通パイプ部分の拡大断面図であ
る。図において、２１は回転子巻線、２２はトル
クチユーブ容器であり、このトルクチユーブ容器
２２は筒状を成し且つ中央部は軸に直角な方向に
仕切壁２２ａ、２２ｂにより仕切られていて、こ
の仕切られて形成された部分は回転子巻線２１を
収納する収納室２３となつている。そして、この
収能室２３は気密構造となつている。この収納室
２３の内周面側には前記回転子巻線２１が設けら
れている。収納室２３の両側はスリーブ状のそで
部２２ｃ、２２ｂとなつており、そで部２２Ｃ，
２２ｄの端面にそれぞれ端面を接して継ぎシヤフ
ト２４ａ，２４ｂが接合されている。そして、ト
ルクチユーブ容器２２を囲んで筒状の外筒２５を
設け、この外筒２５の両端部をそれぞれ前記継ぎ
シヤフト２４ａ，２４ｂの端部に接合し、外筒２
５内を気密構造とする。更にトルクチユーブ容器
２２には前記収納室２３を覆う位置に筒状の熱輻
射シールド２６を設けてある。

また、前記継ぎシヤフト２４ａにはその軸心に
沿つて貫通孔２４ｃが形成され、更にこの継ぎシ
ヤフト２４ａには前記貫通孔２４ｃの前記トルク
チユーブ容器２２側部分に小室即ちヘツター２７
を形成してある。そして、このヘツター２７に至
る継ぎシヤフト２４ａの貫通孔２４ｃには主パイ
プ２８が貫通孔２４ｃとの間で二重管構造となる
ように接合配設され、またこの主パイプ２８内及
び前記ヘツター２７を貫通して前記トルクチユー
ブ容器２２の前記収納室２３に至る二重管構造の
液体冷媒供給パイプ２９が主パイプ２８と同心的
に設けられる。

そして、液体冷媒供給パイプ２９はその外側の
管の前記ヘツター２７の側端をこのヘツター２７
の外壁面に可撓継手、例えばベローズ３０を介し
て気密に接続される。これにより、液体冷媒供給
パイプ２９が冷却されて収縮した際、それを吸収
できる。また、前記トルクチユーブ容器２２の前
記収納室２３を形成している仕切壁２２ａ，２２
ｂ間には回転子の軸線を中心とする対称位置にそ
れぞれ貫通パイプ３１ａ，３１ｂが接続され、ま
た各仕切壁２２ａ，２２ｂにはそれぞれ前記収納
室２３内の冷媒の気化によるガスを導出するため
の排出パイプ３２ａ，３２a′，３２ｂ，３２b′が
接続されている。これらのうち排出パイプ３２
ａ，３２a′はトルクチユーブ容器２２のそで部２
２ｄの内壁に沿つてそれぞれ例えば螺施状に敷設
した後、第４図の如く前記貫通パイプ３１ａ，３
１a′を通して前記ヘツター２７に接続してある。
この様子を第３図に示す。また、排出パイプ３２
ｂ，３２b′はトルクチユーブ容器２２のそで部２
２ｃの内壁に沿つてそれぞれ例えば螺施状に敷設
した後、前記ヘツター２７に接続してある。

前記主パイプ２８はヘツター２７より冷媒ガス
を機外に導出するためのもので、継ぎシヤフト２
４ａに対して断熱を行うために継ぎシヤフト２４
ａの内壁面より浮かしてあり、この空間を保持す
るために第３図に示すように主パイプ２８の端部
にはスペーサ３６を溶接してある。

本装置においてはこのスペーサ３３を溶接後、
シヤフト３４を継ぎシヤフト２４ａの端面側に接
続する構成としてある。

このような構成の本装置は液体冷媒供給パイプ
２９より液体冷媒をトルクチユーブ容器２２の前
記収納室２３内に供給する。

回転子は回転するので、収納室２３内の液体冷
媒は３３で示す如く遠心力の作用により、収納室
２３の回転子巻線２１側になり付くような状態と
なり、回転子巻接２１を冷却する。そして、回転
子巻線２１の熱を奪うことによつて気化し、ガス
体となるが、こ冷媒ガスは収納室２３の内部より
排出パイプ３２ａ，３２a′，３２ｂ，３２b′を経
てヘツター２７に至り、このヘツター２７より主
パイプ２８を通つて機外に送り出された後、液化
され、再び液体冷媒供給パイプ２９を通つてトル
クチユーブ容器２２内に送込まれる。

このようにして冷媒は循還され、回転子巻線２
１は極低温に保たれることになる。

また、トルクチユーブ容器２２は断熱用の熱輻
射シールド２６が設けられて外来の輻射熱をしや
断し、また排出パイプ３２ａ，３２a′，３２ｂ，
３２b′を通る冷媒ガスによりそで部２２ｃ，２２
ｄを冷やすことによりトルクチユーブ容器２２の
前記収納室２３内の液体冷媒の気化を抑えるよう
にしている。

ところで、冷却原理としては基本的には従来の
ものと変りはないが、本発明装置においては構造
を従来のものに比べ簡単化している。

即ち、断熱構造とするために外筒２５内及び液
体冷媒供給パイプ２９の内管と外管の間は真空と
する必要があるが、本装置では主パイプ２８の先
にヘツター２７を設け、この主パイプ２８及びヘ
ツター２７を貫通させて液体冷媒供給パイプ２９
を配設してある。そして、液体冷媒供給パイプ２
９の外管はベローズ３０を介してヘツター２７の
外壁に接続し、これによつて液体冷媒供給パイプ
２９の外管内側はトルクチユーブ容器２２のそで
部２２ｃ、２２ｄ及び外筒２５内と連通構造とな
る。即ち、そで部２２ｄとは貫通パイプ３１ａ，
３１ｂを介して連通され、またそで部２２ｃ，２
２ｄの端面と継ぎシヤフト２４ａ，２４ｂの接合
面は気密構造としないことによりそれぞれ連通す
る。更に熱輻射シールド２６とトルクチユーブ容
器２２の接触部も気密構造としなければ熱輻射シ
ールド２６内も連通状態となる。

従つて、例えば液体冷媒供給パイプ２９の先端
よりその内管と外管の間隙部分に真空ポンプを接
続して真空引きすれば前記そで部２２ｃ，２２ｄ
び外筒２５内側、熱輻射シールド２６内が一度に
真空化できる。そして真空引きが終了した後は液
体冷媒供給パイプ２９の外管と内管の間をスペー
サ３５でシールするなどすれば作業は終了し真空
引きに要する手間は大幅に減る。

これにより、真空引きする手間が一度で済む
他、トルクチユーブ容器２２の収納室２３内は真
空層で囲まれることにより断熱効果が良くなる。

更に排出パイプ３２ａ，３２a′，３２ｂ，３２
b′はヘツター２７に連結され、ヘツター２７に接
続された主パイプ２８を通して冷媒ガスは出され
る構成であり、また液体冷媒供給パイプ２９は主
パイプ２８とヘツター２７を貫通し主パイプ２８
に同心状に配設される構造であるからこの部分の
配管構造は極めて簡単となり狭い貫通孔２４ｃを
効率的に利用できるようになる。

以上の構造とした結果 (1) ヘツターを設けることにより継ぎシヤフトの
貫通孔に敷設されるパイプの本数が大幅に減少
するのでこの貫通孔の径を小さくすることがで
きシヤフト径も小さくできる。

(2) また配管の作業性も良くなる。

(3) 真空室となる部分はすべて連通するので従来
のように分散することによる個々の気密の問題
がなくなり、全体としての気密を保つことがで
きれば良いから結果的に気密箇所が少なくな
り、信頼性が向上する。

(4) また液体冷媒供給パイプの真空層と本体の真
空室は連通しているので、一箇所で真空引きす
れば、真空化すべき箇所は一度に真空化でき、
作業の簡単化を図ることができる。

(5) 更に液体冷媒供給パイプはその内管と外管を
別体し、外管の先端のベローズをヘツターに個
定した後に内管及び外管の間隙より真空引き
し、その後に内管と外管との間をスペーサにて
封止することにより二重管構造とし且つ全体の
真空化を図るようにするので、組立ては作業性
の良い状態で行うことができる。

などの利点が得られる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限
定することなく、その要旨を変更しない範囲内で
適宜変形して実施し得るものである。

発明の効果 以上詳述したように本発明は真空室を形成した
回転子の該真空室内に回転子巻線を収納する気密
構造の収納室を有する筒上の容器を回転子の軸心
に沿つて配置すると共に前記収納室にはその室内
に連通する二重管構造の液体冷媒供給パイプ及び
前記容器内壁を冷却するように壁面に沿つて敷設
された前記収納室内の気化冷媒を導出する複数の
排出パイプを接続し、これらパイプを前記回転子
にその軸心に沿つて設けた貫通孔を通して外部に
導出し、外部より冷媒の給排を行つて前記回転子
巻線の冷却を行うようにした超電導回転子におい
て、前記回転子内に前記排出パイプを集合接続す
るヘツターを設け、また、前記貫通孔にはこのヘ
ツターに接続される主パイプを設け、また前記液
体冷媒供給パイプはこの主パイプ内を経て前記収
納室に接続すると共に液体冷媒供給パイプの外管
内は前記真空室に連通させるようにしたので、真
空部分はすべて一体となり、従つて組み立て完了
後に液体冷媒供給パイプ内の内、外管の隙間部分
より真空引きし、その後にこの部分をシールすれ
ば一度に真空化でき、従来のように真空部分の分
散による各々の真空引きと気密化の必要がなく、
作業性と信頼性の向上を図ることができる他、回
転子内にヘツターを設けて排出パイプをこのヘツ
ターに集結させ回転子外にはヘツターと接続され
る主パイプを用いて連結させると共にこの主パイ
プ内に液体冷媒供給パイプを通す構造としたた
め、貫通孔内は同心的に配設される給排用の二本
のパイプを通すだけで済むから、貫通孔は狭くと
も済み、従つて回転子軸径を小さくできるなどの
高信頼性で作業効率も高くしかも小型化の可能な
超電導回転子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を示す正面断面図、第２図は
本発明の一実施例を示す正面断面図、第３図はヘ
ツター部分近傍の構造を示す断面図、第４図はト
ルクチユーブ容器の収納部分における排出パイプ
引出し構造を示す図である。 ２１……回転子巻線、２２……トルクチユーブ
容器、２２ａ，２２ｂ……仕切壁、２２ｃ，２２
ｄ……そで部、２３……収納室、２４ａ，２４ｂ
……継ぎシヤフト、２４ｃ……貫通孔、２５……
外筒、２６……熱輻射シールド、２７……ヘツタ
ー、２８……主パイプ、２９……液体冷媒供給パ
イプ、３０……ベローズ、３１ａ，３１ｂ……貫
通パイプ、３２ａ，３２a′，３２ｂ，３２b′……
排出パイプ、３３……冷媒、３４……シヤフト、
３５，３６……スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空室を形成した回転子の該真空室内に、回
   転子巻線を収納する気密構造の収納室を形成する
   筒状の容器を、その両端面にそれぞれ設けた筒状
   のそで部にて前記真空室内壁に取付けることによ
   り、前記回転子の軸線に沿つて配設すると共に前
   記収納室内に連通する二重構造の液体冷媒供給パ
   イプと前記容器内壁に沿つて敷設され前記収納室
   内の気化冷媒導出用の複数の排出パイプとを前記
   回転子の軸線に沿つて設けた貫通孔を通して接続
   し、回転子外部より冷媒の給排を行つて前気収納
   室内の回転子巻線の冷却を行うようにした超電導
   回転子おいて、 前記回転子内に前記排出パイプを集合接続する
   ヘツターを設けると共に、前記貫通孔にはこのヘ
   ツターに接続される主パイプを設け、更に前記液
   体冷媒供給パイプは主パイプ内を経て前記収納室
   に接続すると共に液体冷媒供給パイプの外管内は
   前記真空室に連通させ、前記真空室側における液
   体冷媒供給パイプの外管端部側は前記ヘツター外
   壁との間を可撓性継手により気密に接続し、前記
   収納室は貫通パイプを設けて前記排出パイプの導
   出に利用し、前記収納室の外側にはこの収納室を
   覆つて非気密構造の熱輻射シードルを設ける構造
   とすることを特徴とする超電導回転子。