JPH04285463A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
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- JPH04285463A JPH04285463A JP3048559A JP4855991A JPH04285463A JP H04285463 A JPH04285463 A JP H04285463A JP 3048559 A JP3048559 A JP 3048559A JP 4855991 A JP4855991 A JP 4855991A JP H04285463 A JPH04285463 A JP H04285463A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導発電機に係り、
特に超電導回転子の冷却に関する。
特に超電導回転子の冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超電導線を発電機の回転界磁巻線
として応用した超電導発電機が開発されている。超電導
線を用いた界磁巻線は、その超電導性を維持するため、
４Ｋ程度の極温度に冷却しなければならず、そのため冷
却媒体として液体ヘリウムを用いている。
として応用した超電導発電機が開発されている。超電導
線を用いた界磁巻線は、その超電導性を維持するため、
４Ｋ程度の極温度に冷却しなければならず、そのため冷
却媒体として液体ヘリウムを用いている。
【０００３】図４は従来の超電導回転子の概略横断面を
示した図である。超電導界磁巻線（１）は界磁巻線取付
軸（２）に強固に支持固定され、冷却媒体である液体ヘ
リウム（３）に浸漬冷却されて約４Ｋの極低温環境下に
置かれる。液体ヘリウムは軸端部に取付けたヘリウム給
排装置を介して連続的に冷媒保持外筒としてのヘリウム
ベッセル（４）内に供給されるので、機械の運転時は超
電導界磁巻線（１）は超電導状態が維持される。
示した図である。超電導界磁巻線（１）は界磁巻線取付
軸（２）に強固に支持固定され、冷却媒体である液体ヘ
リウム（３）に浸漬冷却されて約４Ｋの極低温環境下に
置かれる。液体ヘリウムは軸端部に取付けたヘリウム給
排装置を介して連続的に冷媒保持外筒としてのヘリウム
ベッセル（４）内に供給されるので、機械の運転時は超
電導界磁巻線（１）は超電導状態が維持される。
【０００４】液体ヘリウムは潜熱が極めて小さい（２０
．４２ Ｊ／ｇ ａｔ １．０ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
ｉｓｏｂａｒ，”Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｅｌｉｕｍ−４ ｆｒｏ
ｍ ２ｔｏ １５００ Ｋ ｗｉｔｈ Ｐｒｅｓｓｕ
ｒｅｓ ｔｏ １０００ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ”，
ＮＢＳ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＮＯＴＥ ６３１）ので
、冷媒の効率的運用のため、低温回転子（５）と常温回
転子（６）の間は真空断熱空間（７）として対流伝熱を
遮断し、さらに真空断熱空間（７）に１００ Ｋ程度に
冷却する輻射シールド（８）を配設して低温回転子（５
）内への輻射による侵入熱を抑制する構造としている。
．４２ Ｊ／ｇ ａｔ １．０ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
ｉｓｏｂａｒ，”Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｅｌｉｕｍ−４ ｆｒｏ
ｍ ２ｔｏ １５００ Ｋ ｗｉｔｈ Ｐｒｅｓｓｕ
ｒｅｓ ｔｏ １０００ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ”，
ＮＢＳ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＮＯＴＥ ６３１）ので
、冷媒の効率的運用のため、低温回転子（５）と常温回
転子（６）の間は真空断熱空間（７）として対流伝熱を
遮断し、さらに真空断熱空間（７）に１００ Ｋ程度に
冷却する輻射シールド（８）を配設して低温回転子（５
）内への輻射による侵入熱を抑制する構造としている。
【０００５】したがって低温回転子（５）のヘリウムベ
ッセル（４）外周面、輻射シールドの内・外周面、常温
回転子の内周面は輻射率低減を目途とした鏡面仕上げ加
工やメッキ加工を施すのが一般的である。
ッセル（４）外周面、輻射シールドの内・外周面、常温
回転子の内周面は輻射率低減を目途とした鏡面仕上げ加
工やメッキ加工を施すのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようにして構成さ
れた超電導回転子横断面では、輻射シールド（８）から
ヘリウムベッセル（４）への微小の輻射熱は周方向につ
いて、ほぼ均一である。しかも低温回転子（５）内部に
は発熱源がほとんど無く、横断面形状が対象であるから
、２次元性の強い低温回転子（５）（低温回転子の軸長
が低温回転子径に比べて十分大きい場合）に於いては、
定格運転時の液体ヘリウムの自然対流はほとんど無いと
考えられる。低温回転子（５）の端面からの熱侵入が無
視でき、低温回転子内部に熱的・流体的擾乱が存在しな
ければ、流れ場は論理的に静定している。
れた超電導回転子横断面では、輻射シールド（８）から
ヘリウムベッセル（４）への微小の輻射熱は周方向につ
いて、ほぼ均一である。しかも低温回転子（５）内部に
は発熱源がほとんど無く、横断面形状が対象であるから
、２次元性の強い低温回転子（５）（低温回転子の軸長
が低温回転子径に比べて十分大きい場合）に於いては、
定格運転時の液体ヘリウムの自然対流はほとんど無いと
考えられる。低温回転子（５）の端面からの熱侵入が無
視でき、低温回転子内部に熱的・流体的擾乱が存在しな
ければ、流れ場は論理的に静定している。
【０００７】そこで従来は、巻線取付軸（２）の極間に
、良熱伝導性のラジアル伝熱パイプ（９）を複数個配設
して、半径方向の大きい場所に於ける断熱圧縮された温
度の高い液体ヘリウムを半径の小さい（気液界面に近い
）場所の温度の低い液体ヘリウムに熱移動させることに
より、当該ラジアル伝熱パイプ周辺冷却媒体の温度を超
電導界磁巻線（１）周辺や巻線取付軸（２）外周部のそ
れよりも低く保つ構造とし、もってサーモサイフォン効
果を期待していた。
、良熱伝導性のラジアル伝熱パイプ（９）を複数個配設
して、半径方向の大きい場所に於ける断熱圧縮された温
度の高い液体ヘリウムを半径の小さい（気液界面に近い
）場所の温度の低い液体ヘリウムに熱移動させることに
より、当該ラジアル伝熱パイプ周辺冷却媒体の温度を超
電導界磁巻線（１）周辺や巻線取付軸（２）外周部のそ
れよりも低く保つ構造とし、もってサーモサイフォン効
果を期待していた。
【０００８】したがって超電導発電機が定常運転状態に
ある時には、超電導界磁巻線（１）の冷却は非常に小さ
な自然対流で行われていることになる。定常状態であれ
ば特に問題は無い。しかし、突発短絡事故時やフォーシ
ングを行う場合には、超電導線や巻線取付軸（２）に過
渡的に損失が発生するため、このような微弱な自然対流
場では冷却が問題であった。
ある時には、超電導界磁巻線（１）の冷却は非常に小さ
な自然対流で行われていることになる。定常状態であれ
ば特に問題は無い。しかし、突発短絡事故時やフォーシ
ングを行う場合には、超電導線や巻線取付軸（２）に過
渡的に損失が発生するため、このような微弱な自然対流
場では冷却が問題であった。
【０００９】そこで本発明の目的は、超電導発電機が過
渡運転状態にあっても、あるいは事故時に際しても超電
導線が常電導遷移（クエンチ）しないように、冷却が速
やかにしかも強力に行われる超電導回転子を提供するこ
とにある。 ［発明の構成］
渡運転状態にあっても、あるいは事故時に際しても超電
導線が常電導遷移（クエンチ）しないように、冷却が速
やかにしかも強力に行われる超電導回転子を提供するこ
とにある。 ［発明の構成］
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の超電導回転子においては、超電導界磁巻線を装
着した巻線取付軸の外周側に冷媒保持外筒を有する低温
回転子と、この低温回転子の外周側に輻射シールドを介
して設けられた常温回転子とを備え、前記冷媒保持外筒
の外周面と輻射シールドの内周面のうちの少なくとも一
方の表面に輻射率を高める部分を設けた構成とする。
本発明の超電導回転子においては、超電導界磁巻線を装
着した巻線取付軸の外周側に冷媒保持外筒を有する低温
回転子と、この低温回転子の外周側に輻射シールドを介
して設けられた常温回転子とを備え、前記冷媒保持外筒
の外周面と輻射シールドの内周面のうちの少なくとも一
方の表面に輻射率を高める部分を設けた構成とする。
【００１１】
【作用】上記手段によれば、当該部位に於ける輻射侵入
熱（受熱量）を増大させることができるので、局所的に
熱的擾乱あるいはラジアルパイプ（９）周辺の低温液体
ヘリウムとの温度不平衡を生成し、もって所謂サーモサ
イフォン効果を定常状態運転時に於いても十分に引き出
す。
熱（受熱量）を増大させることができるので、局所的に
熱的擾乱あるいはラジアルパイプ（９）周辺の低温液体
ヘリウムとの温度不平衡を生成し、もって所謂サーモサ
イフォン効果を定常状態運転時に於いても十分に引き出
す。
【００１２】これにより生み出された液体ヘリウムの半
径方向速度ベクトルに対して回転角速度ベクトルを外積
する方向にコリオリ力が、また温度差による液体ヘリウ
ムの密度差に対しては高遠心力場での浮力が体積力とし
て液体ヘリウムに作用するため、超電導回転子横断面に
於いて、大局的な流体循環が生ずる。
径方向速度ベクトルに対して回転角速度ベクトルを外積
する方向にコリオリ力が、また温度差による液体ヘリウ
ムの密度差に対しては高遠心力場での浮力が体積力とし
て液体ヘリウムに作用するため、超電導回転子横断面に
於いて、大局的な流体循環が生ずる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１および
図２を参照して説明する。なお、図４の従来の超電導回
転子横断面と同一部分には同一番号を付している。
図２を参照して説明する。なお、図４の従来の超電導回
転子横断面と同一部分には同一番号を付している。
【００１４】図１に示した実施例の横断面の基本構造は
従来と同一であるが、輻射侵入熱低減のために鏡面仕上
げ加工やメッキ加工が施されたヘリウムベッセル（４）
の外周面の一部には、局所的に加熱が行われるように、
黒色塗料（特に塗料の色、種類を限定しない）など輻射
率を増大させる塗料（１０）が塗布される。図２は輻射
率を増大させる塗料を塗布する部分を鳥瞰図で示したも
のである。したがって、低温回転子の当該部分での受熱
量を増加させることができる。なお、図１中の矢印は液
体ヘリウムの流れを示す。
従来と同一であるが、輻射侵入熱低減のために鏡面仕上
げ加工やメッキ加工が施されたヘリウムベッセル（４）
の外周面の一部には、局所的に加熱が行われるように、
黒色塗料（特に塗料の色、種類を限定しない）など輻射
率を増大させる塗料（１０）が塗布される。図２は輻射
率を増大させる塗料を塗布する部分を鳥瞰図で示したも
のである。したがって、低温回転子の当該部分での受熱
量を増加させることができる。なお、図１中の矢印は液
体ヘリウムの流れを示す。
【００１５】また、この受熱量の大きさについては、塗
布する塗料の材質・色や粗加工の程度および塗布する面
積等により任意に、しかも容易に設定することが可能で
ある。図１の例では流れに対するコリオリ力を考慮して
当該部分を周方向に対して偏在させている。また他の実
施例として図１、図２の塗料塗布部分を粗面加工しても
よい。
布する塗料の材質・色や粗加工の程度および塗布する面
積等により任意に、しかも容易に設定することが可能で
ある。図１の例では流れに対するコリオリ力を考慮して
当該部分を周方向に対して偏在させている。また他の実
施例として図１、図２の塗料塗布部分を粗面加工しても
よい。
【００１６】また、図３に示した本発明の他の実施例は
輻射シールドの内周面の一部に輻射率低減用の塗料を塗
布または粗面加工したものであり、輻射シールド側から
の放熱量を局部的に増加させることができる。
輻射シールドの内周面の一部に輻射率低減用の塗料を塗
布または粗面加工したものであり、輻射シールド側から
の放熱量を局部的に増加させることができる。
【００１７】さらに他の実施例として、図１と図３を組
み合わせた（図示せず）超電導回転子、すなわち、ヘリ
ウムベッセル外周面の一部と輻射シールドの一部につい
て、塗料を塗布し、あるいは粗面加工を施こすようにし
ても良い。
み合わせた（図示せず）超電導回転子、すなわち、ヘリ
ウムベッセル外周面の一部と輻射シールドの一部につい
て、塗料を塗布し、あるいは粗面加工を施こすようにし
ても良い。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低温回転子の外周面の一部に対して低温回転子の他の外
周面に比べて熱輻射による受熱量を任意に増加させるこ
とができる。
低温回転子の外周面の一部に対して低温回転子の他の外
周面に比べて熱輻射による受熱量を任意に増加させるこ
とができる。
【００１９】これにより、ラジアル伝熱パイプ周辺冷媒
温度と当該ヘリウムベッセル内周面近傍冷媒温度の差を
大きくすることが可能となり、その結果、自然対流を促
進させる。
温度と当該ヘリウムベッセル内周面近傍冷媒温度の差を
大きくすることが可能となり、その結果、自然対流を促
進させる。
【００２０】この効果により、冷媒が運動するために熱
伝達率が非常に増大する。機械が定常運転している場合
は、超電導線には（損失が発生しないため）効果はない
が、超電導線のつなぎ部分の損失が発生する箇所の冷却
に対しては有効に働く。さらに、機械のフォーシング時
や事故時に対して、超電導線や巻線取付軸など、過渡的
に損失が相当量発生する箇所に対して冷却が促進し、超
電導状態の維持・安定化に寄与することができる。
伝達率が非常に増大する。機械が定常運転している場合
は、超電導線には（損失が発生しないため）効果はない
が、超電導線のつなぎ部分の損失が発生する箇所の冷却
に対しては有効に働く。さらに、機械のフォーシング時
や事故時に対して、超電導線や巻線取付軸など、過渡的
に損失が相当量発生する箇所に対して冷却が促進し、超
電導状態の維持・安定化に寄与することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す超電導回転子の横断面
図
図
【図２】その鳥瞰図の一部
【図３】他の実施例を示す超電導回転子の横断面図
【図
４】従来例の超電導回転子の横断面図
４】従来例の超電導回転子の横断面図
１…超電導界磁巻線
２…界磁巻線取付軸 ３…液体ヘリウム
４…ヘリウムベッセル ５…低温回転子
８…輻射シールド
２…界磁巻線取付軸 ３…液体ヘリウム
４…ヘリウムベッセル ５…低温回転子
８…輻射シールド
Claims (2)
- 【請求項１】 超電導界磁巻線を装着した巻線取付軸
の外周側に冷媒保持外筒を有する低温回転子と、この低
温回転子の外周側に輻射シールドを介して設けられた常
温回転子とを備え、前記冷媒保持外筒の外周面と輻射シ
ールドの内周面のうちの少なくとも一方の表面に輻射率
を高める部分を設けたことを特徴とする超電導回転子。 - 【請求項２】 輻射率を高める部分を冷媒保持外筒の
外周面または輻射シールドの内周面の回転方向に対して
進み側に偏在させたことを特徴とする請求項１記載の超
電導回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3048559A JPH04285463A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3048559A JPH04285463A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 超電導回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04285463A true JPH04285463A (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=12806744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3048559A Pending JPH04285463A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04285463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120248903A1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | Rolls-Royce Plc | Superconducting machines |
| JP2013538035A (ja) * | 2010-09-27 | 2013-10-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 電気機械のための回転子 |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP3048559A patent/JPH04285463A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013538035A (ja) * | 2010-09-27 | 2013-10-07 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 電気機械のための回転子 |
| US9537374B2 (en) | 2010-09-27 | 2017-01-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotor for an electric machine |
| US20120248903A1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | Rolls-Royce Plc | Superconducting machines |
| US9018805B2 (en) * | 2011-03-31 | 2015-04-28 | Rolls-Royce Plc | Superconducting machines |
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