JPH03285560A - 超電導発電機の回転子 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超電導発電機の回転子に関し、さらに詳し
くいうと、回転ヘリウム容器の両端を支持するトルクチ
ューブに熱交換器が設けられている超電導発電機の回転
子に間するものである。

［従来の技術］ 第２図は、例えば「低温工学Ｊ　ＶＯＬ、　１２　、　
Ｎｏ。

２　（１９７７）　Ｐ　、　４２に記載されている超電
導発電機の回転子であり、図において、回転ヘリウム容
器（２）が、回転子（１）内に真空空間（３）部を形成
してトルクチューブ１（４）およびトルクチューブ２（
５）により断熱的に支持固定されている。（６）は回転
ヘリウム容器（２）の円周部に沿わせて収納した超電導
線よりなる界磁巻線である０回転子（１）の中心部には
ヘリウム供給管（７）が設けられており、（７ａ）は回
転ヘリウム容器（２）の端板上の中心軸から適当な半径
位置にヘリウムを供給するように設けた分岐管である。

（８）は回転ヘリウム容器（２）の端板の回転中心軸部
近傍からトルクチュ−ブ１（４）の熱交換器（４ａ）を
軽で再び中心軸部から回転子（１）の外にヘリウムガス
を排出するヘリウム排出管１、（９）は回転ヘリウム容
器（１）の上記と反対側の端板からトルクチューブ２（
５）の熱交換器（５ａ）を介して上述のヘリウム排出管
と同様に回転子（１）外にヘリウムガスを排出するヘリ
ウム排出管２である。　（１０）はヘリウムガス液化機
であり、回転子の蒸発ヘリウムガスを液化して再供給す
る。　（ｌｌａ）は回転子の反駆動側の軸受、（ｌｌｂ
）は回転子の駆動側の軸受、（１２ａ）は回転ヘリウム
容器（２）内の液体ヘリウム、（１２ｂ　’）はヘリウ
ムガス、（１２ｃ）は気液の界面（液面）である、矢印
は、ヘリウムの流れを表しており、トルクチューブ２５
側へ流出したヘリウムガスは矢印（＾１）から矢印（＾
２）へと還流している。

以上の構成になる超電導発電機の回転子の定常冷却運転
の動作について説明する０回転子（１）内の界磁巻線（
６）は、ヘリウム液化機（１０）からヘリウム供給管（
７）を経て回転ヘリウム容器（２）に供給される液体ヘ
リウム（１２ａ　）により所定の温度に冷却される。

一方、回転ヘリウム容器（２）内で所要の寒冷を放出し
蒸発したヘリウムガス（１２ｂ）は、熱交換器（４ａ）
および（５ａ）でトルクチューブ（４）および（５）の
室温端から回転ヘリウム容器（２）への伝導による侵入
熱と対向流的に熱交換し、その分、加熱されてヘリウム
排出管（８）および（９）を経て回転子からヘリウム液
化機（１０）に帰還する。

ここで、回転子（１）を所定の回転数（通常、数百ｒｐ
ｍ以上）で運転するとき、回転ヘリウム容器（２）内の
液体ヘリウム（１２ａ　）は遠心力によって周辺に環状
に張りつく、また、ヘリウム液化機（１０）、から回転
子（１）に液体ヘリウム（１２ａ）が連続して補給され
ているとき、回転ヘリウム容器（２）内の液面（１２ｃ
　）は、ヘリウム供給管（７）および回転ヘリウム容器
（２）内の回転中心部のヘリウムガス（１２ｂ　）の圧
力をそれぞれ所定の圧力に保持することにより、分岐管
（７ａ）の開口部から中心軸よりの適当な位置に自律的
に制御できる。第３図はその動作を示す模式図である。

図に示すように、分岐管（７ｍ）　（半径方向）に気柱
が形成され、分岐管（７＆）の回転ヘリウム容器（２）
の端面開口部の圧力をヘリウム供給管部の圧力より僅か
に高い圧力に抑えることによって上述の制御を可能にし
ている。

この動作の詳細説明は他の文献、例えば、「低温工学Ｊ
　ＶＯＬ、　１７　、　Ｎｏ、　１　（１９８２）Ｐ　
、　７があるノテここでは省略する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超電導発電機の回転子は以上のように構成されて
いるので、トルクチューブの内側の空間部に回転ヘリウ
ム容器の端板を貫通してトルクチューブ熱交換器に至る
ヘリウムガス排出管を軸対称に１対以上設ける必要があ
り、配管の施工が難しく、また、配管の溶接部のひずみ
変形や残留応力を極力小さくする配慮から強固な構造が
とりにくいなどの同類があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、回転ヘリウム容器からトルクチューブ熱交換
器に至るヘリウムガス排出管路を堅固で信頼性の高い構
造とすることができる超電導発電機の回転子を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超電導発電機の回転子は、回転ヘリウム
容器内に半径方向管を設け、半径方向管の外周部からト
ルクチューブを貫通してトルクチューブ熱交換器の低温
端部に直結したヘリウムガス流路構成としたものである
。

［作　用］ この発明においては、回転ヘリウム容器内の蒸発ヘリウ
ムガスは、真空中の配管を経由することなく直接トルク
チューブを貫通した流路かｔ）熱交換器に排出される。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、図において、（１
３ａ）は、回転ヘリウム容器（２）内の中心軸近傍のヘ
リウムガス（１２ｂ）層から回転ヘリウム容器端板１　
（２ａ）を半径方向に貫通し、他端をトルクチューブ１
（４）の熱交換器１　（４ａ）の低温端ボートに直結し
て設けた半径方向管１　＋　（１３ｂ）は、回転ヘリウ
ム容器端板２　（２ｂ）ｒＩ！Ｉから同様に熱交換器２
（５ａ）の低温端ボートに直結して設けた半径方向管２
である。その他の部分は従来のものと同じである。また
、矢印はヘリウムの流れを示している。

以上の構成による回転子（１）の冷却について説明する
と、回転子（１）内の回転ヘリウム容器（２）への液体
ヘリウム（１２ｇ　）の供給は、従来のものと同様に配
設したヘリウム供給管（７）および分岐管（７ａ）を経
由して行われる。

一方、回転ヘリウム容器（２）内で所要の寒冷を放出し
蒸発したヘリウムガス（ＩＺａ　）は半径方向管１およ
び２　（１３ａ）　、　（１３ｂ）からトルクチューブ
（４）および（５）の熱交換器（４ａ）および（５ａ）
にそれぞれ直接排出され、熱交換器（４ａ）および（５
ａ）でトルクチューブ（４）および（５）の侵入熱と対
向流的に熱交換し加熱された後、ヘリウムガス排出管（
８）および（９）を経て回転子（１）からヘリウム液化
機（１０）に帰還する。

また、回転子（１）を所定の回転数以上で運転するとき
、回転ヘリウム容器（２）内の液体ヘリウム（１２ａ　
）の液面（１２ｃ）は従来の場合と同様に自律的に制御
でき、これにより回転ヘリウム容器（２）内の界磁巻線
（６）を所定の温度に冷却保持する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、回転ヘリウム容器か
らトルクチューブの熱交換器の低温端部に至るヘリウム
配管を、トルクチューブの内側の真空空間部を経由しな
いで直接回転ヘリウム容器の端板部からトルクチューブ
円筒を貫通するようにしたので、堅固なヘリウム管路が
得られるとともに、トルクチューブ円筒内の配管が減り
、工作が容易で、しかも耐真空性が向上するなど、多大
の効果、が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図は従来
の超電導発電機の回転子の縦断面図、第３図は同じく回
転子の回転ヘリウム容器内のヘリウム液面の自律的制御
の原理を示す模式図である。 （１）・・・回転子、（２）・・・回転ヘリウム容器、
（２ｍ）。 （２ｂ）・・・回転ヘリウム容器端板、（４）、　（５
）・・・トルクチューブ、（４ａ）、　（５ａ）−熱交
換器、（１３ａ）、　（１３ｂ）・・・半径方向管。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 ０ 第２図 代　　理　　人 曽　　　我 道　　照

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導線からなる界磁巻線を収納した回転ヘリウム容器
   と、この回転ヘリウム容器の両端をそれぞれ支持する円
   筒形状のトルクチューブと、このトルクチューブそれぞ
   れの円筒面に当接して設けた熱交換器と、回転中心軸上
   を経由して上記回転ヘリウム容器の端板上の軸対称に一
   定の距離を隔てた位置に開口して配設したヘリウム供給
   管と、上記回転ヘリウム容器内のヘリウムガスを上記熱
   交換器を経由して排出するヘリウムガス排出管と、これ
   らを断熱的に支持収納する円筒状の真空容器とでなる回
   転子において、上記回転ヘリウム容器内中心軸部近傍に
   一端が開口し、上記回転ヘリウム容器の端板内を半径方
   向に貫通し上記トルクチューブを経由して他端が上記熱
   交換器の低温端に連通する半径方向のヘリウムガス管路
   を備えてなることを特徴とする超電導発電機の回転子。