JPH0278207A - 超電導マグネット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、極低温流体を強制的に循環することにより冷
却する超電導マグネットに関する。

（従来の技術） 超臨界ヘリウムのような高圧の極低温流体を強制御的に
循環して冷却する超電導マグネットには。

ホーロ型や、ケーブルインコンジット型の超電導体が用
いられている。これらの導体は冷却流路が導体内に包合
されており冷媒循環の為のポンプ動力を過大にしないた
めに圧力損失とのかねあいから導体の水力直径、−流路
の長さ及び冷媒流量は制限されている。この為、これら
の導体で構成された超電導マグネットは、複数の流路か
ら構成され流量が等分配されるように各流路とも同一長
さで同一圧力損失になるよう構成されている。

一方、冷媒循環に低温ポンプを用いず常温圧縮機を用い
て行う方法もある。この場合、冷媒流量が大きいと常温
圧縮機の動力は大きくなる。そこで流量を増加させずに
冷媒の温度上昇をおさえる為に圧力降下によるジュール
トムソン膨張効果を利用する。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来の強制冷却型の超電導マグネットでは
同一水力直径、同一流路長からなる複数の流路から構成
され高磁界側から低磁界側まで同一流量が流れている。

この為、核融合炉用マグネットのように定常侵入熱のみ
ならずＡＣロスや核発熱によって熱負荷が増加した場合
、冷媒の温度は上昇し導体の有する温度マージン（分流
開始温度と冷媒の温度との差）は、高磁界側で低くなり
超電導安定性が低下する。

一方、低磁界側では導体の臨界温度が高くなる為温度マ
ージンは増加し流量は高磁界側の量よりも少なくて良い
。この結果、高磁界側および低磁界側を同一水力特性を
有する流路とするような従来のマグネットにおいては、
冷媒流量を増すことによってのみ冷媒の除熱能力を向上
させ冷媒の温度上昇をおさえて温度マージンをあげるこ
とが可能であった。しかしながら、流量の増加は低温ポ
ンプ循環方式においてはポンプロスの増大を、また常温
圧縮機においては圧縮機動力の増大をまね、くことにな
る。

特に熱負荷として大きな核発熱が発生する場合、マグネ
ット最内周の内側直線部、すなわち中性子遮蔽の薄い高
磁界部で最も温度マージンが低くなる。

そこで本発明の目的は、流路あたりの圧力損失。

流量を変えることなく、熱負荷の大きい高磁界側での冷
媒の温度上昇をおさえ、高い温度マージンを有するとと
もに低磁界側で過大の温度マージンを有しない経済的な
超電導マグネットを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の超電導マグネットは
、冷却流路の高磁界側と低磁界側との間に膨張機構を備
えた構成とする。

（作　用） 本発明の超電導マグネットは上記のように構成されてい
るので、流量、圧力損失を増加させることなく、高磁界
側での温度マージンを高くすることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図ないし第３図を
用いて説明する。

超電導マグネット１は、第１図に示すように高磁界側導
体２および低磁界側導体３から巻線部が構成され、コイ
ル容器４に収納されている。冷媒である高圧、低温の超
磁界圧ヘリウム５はコイル容器４の上部に設けた電流リ
ード６を介して高磁界側導体２から低磁界側導体３に流
れる。なお第２図は高磁界側導体２及び低磁界側導体３
の接続部を示したもので両導体の接続は、接続導体９を
介して電気的に接続される。一方、冷媒は膨張機構７を
有する冷却配管８を介して高磁界側導体２から低磁界側
導体３に流れる。接続部には、電磁力１等に対して接続
導体９を固定する為の押さえＩＯが挿入され、図示され
ていない外被管で接続部をおおっている。

今、−流路の長手方向の圧力分布を第３図（ａ）のよう
に考える。すなわち高磁界側、低磁界側とも同一水力特
性を有する導体において、高磁界導体と低磁界導体の接
続部にある膨張機構によって急激な圧力降下を生じさせ
る。この圧力降下は膨張機構としてジュールトムソン膨
張効果を発生させる例えばエゼクタ−、ＪＴ弁等を用い
ることによって達成できる。

今、核発熱を熱負荷として考えると、超電導マグネット
の最内周直線部（すなわち流路の入口がら１／３流路長
程度）の温度上昇が問題となる。核発熱はターンごとに
導体で減衰してマグネットの外周側にいくほど小さくな
る。この為、流路の長手方向の温度分布を核発熱による
冷媒の温度上昇を考慮してプロットすると第３図（ｂ）
のようになる、すなわち従来の導体では圧力損失が単位
流路長あたり一定であるため、圧力が高い入口近傍で入
熱量に対してほぼ直線的に温度は上昇する。この傾向は
圧力が低くなってくるに従い鈍くなる。

一方１本実施例の導体では圧力降下によるジュールトム
ソン膨張効果を利用し１人熱量の多いところでは温度上
昇を緩和することができる。この結果、本実施例の導体
では流路全長にわたって従来の導体より温度上昇をおさ
えることができる。

更に、本実施例の超電導マグネットにおいては、接続部
において、導体のグレーディングを行うことができ、低
磁界側に安価で堅固な合金系の超電導導体を使用しても
何ら温度マージンに対する裕度をそこなうことなく、む
しろ過大の温度マージンを有しない経済的な超電導マグ
ネットを提供することになる。

本実施例の一計算例として第４図に入口圧力１Ｏａｔａ
＋、出口圧力３ａｔｍの場合の温度分布を示す、単位流
量あたりの核発熱は２９．８Ｗ／（ｇ／ｓ）を想定した
。

又、高磁界側の最高磁界が１２Ｔの場合の導体の分流開
始温度もプロットした。従来の導体を用いた場合と比較
して、本実施例の場合、高磁界側で温度マージンが約３
に確保でき、超電導安定性の高いマグネットを得ること
ができる。

なお上記実施例では主として常温圧縮機による循環方式
の場合で比較的圧力損失が大きい場合について論じたが
、低温ポンプ方式でも同様の効果を得ることができる。

この場合は導体としてホーロ型の圧損の小さい導体が適
しており、第４図のＴ−８線図の圧カ一定曲線が変曲点
を有しない圧力（Ｐ≧６　ａｌ＋）と、変曲点を有する
ような圧力（Ｐ≦４　ａｔｍ）に、流路の入口、出口圧
力を選定し、膨張機構によって変曲点を有しない圧力か
ら変曲点を有する圧力に圧力降下をおこすことによって
同様の効果を達成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、流量、圧力損失を
増加させることなく高磁界側での温度マージンを高くす
ることができ、更に、経済的に安価な超電導マグネット
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超電導マグネットの断面図
、第２図は第１図の高磁界側と低磁界側の導体の接続部
を示す詳細図、第３図（ａ）、　（ｂ）および第４図は
本発明の効果を示す説明図である。 ｌ・・・超電導マグネット　　２・・・高磁界側導体３
・・・低磁界側導体　　　　７・・・膨張機構８・・・
冷却配管　　　　　　９・・・接続導体代理人　弁理士
　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図 Ｍｉｊ！／ｉ量＝−蓮 一一一駿東の氏か分布 入口　　　　　　　　　　　　　　　　　　　出口；ｉ
路長し く０−） （ｂ） 単４立７ｉ畳あたりの１庚路の 、イ１７＜央８　　２９．１１’／ｇｌｓ＞□本央咀 −一一状来

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強制的に冷媒を循環して冷却する冷却流路を有する強制
   冷却型の超電導マグネットにおいて、前記冷却流路の高
   磁界側と低磁界側との間に膨張機構を備えていることを
   特徴とする超電導マグネット。