JPH06204032A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導マグネットをクエンチさせずに運転す
るために、冷媒液が気化して出来る気泡をマグネットコ
イル内の冷却チャンネルから強制的に排除できるように
して冷却効率の低下を防止する。 【構成】 超電導マグネット１を収納する冷媒液槽３を
隔壁５によって２室に分ける。そして分かれた液室３
ａ、３ｂをマグネットコイル内の冷却チャンネルを介し
て連通させる。また、それぞれの液室３ａ、３ｂにポー
ト８、９を設ける。このポートを通してどちらか一方の
液室を加圧又は減圧でき、その加減圧で液室３ａ、３ｂ
間に生じる差圧により冷却チャンネル内に液流が生じて
冷却チャンネル内の気泡が強制的に排除され、気泡によ
る熱伝達の悪化が起こらない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体ヘリウム等の冷
媒液に浸漬して使用する超電導マグネットとこれを収納
するクライオスタットとで構成される超電導マグネット
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の浸漬型超電導マグネットは、図３
に示すように、クライオスタット２の冷媒液槽３内に超
電導マグネット１を収納し、このマグネットを槽中の冷
媒液１０で冷却しながら運転する方法が採られる。

【０００３】この冷媒液による冷却は、電動機やＳＭＥ
Ｓ（超電導エネルギー貯蔵システム）の様に磁場変動の
速い超電導マグネットの場合、巻線した超電導体に交流
損失が生じることから、この発熱による温度上昇を抑え
るために、例えば特公昭６３−２８３２８号公報に示さ
れるようにコイルの巻線層間に冷却チャンネルを設け、
冷媒液が超電導体に直に触れるか又はすぐ近くにあって
伝熱経路が充分に短くなるように工夫されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】冷媒液による冷却を行
うと、吸収熱量に見合う量の液が気化し、導体表面に付
着する。そして、その付着ガスが、熱量が増えると気泡
となって導体表面を離れ、冷却チャンネル内で浮遊す
る。

【０００５】図３に示すような冷却を行う従来の装置
は、冷媒液１０の流れが無いため、冷却チャンネル内で
浮遊している気泡は自然対流でしか移動せず、従って、
この冷却チャンネルが非常に狭かったり、重力に対して
直角向き（水平）であったりすると気泡の抜けが悪い。

【０００６】このため、従来のこの種の装置は、冷却チ
ャンネル内で気泡が次第に成長して導体と冷媒液間の熱
移動を段々と悪化させ、その結果、導体の温度が上昇
し、ついには臨海温度を超えてマグネットがクエンチす
る危険性があった。

【０００７】この発明は、かかる不具合を無くした超電
導マグネット装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、超電導マグネットを収納する
冷媒液槽を２室に分け、この２つの部屋をマグネットコ
イルの内部に設けた冷却チャンネルを介して連通させ
る。また、区画した部屋の加圧もしくは減圧を可能なら
しめておく。

【０００９】

【作用】区画した部屋の一方を開放して他方の部屋を加
圧又は減圧すると２つの部屋間に圧力差が生じ、そのた
め、２つの部屋を連通させた冷却チャンネル内に圧力大
の部屋から圧力小の部屋に向かう液流が生じてチャンネ
ル内の気泡が強制的に排出される。

【００１０】

【実施例】図１に、この発明の装置の一例を示す。図の
１は超電導マグネット、２は冷媒液槽３を真空槽４で囲
った構造のクライオスタット、５は冷媒液槽を２室にけ
る隔壁である。この隔壁によって上下に区画された液室
３ａ、３ｂには、遮断弁６、７を有するポート８、９が
設けられている。

【００１１】超電導マグネット１は、上約半分が液室３
ａ内にあり、下約半分が液室３ｂ内にあるように配置さ
れている。このマグネットには巻線の層間に冷却チャン
ネル（図示せず）を設けてあり、その冷却チャンネルを
介して２つの液室３ａと３ｂが連通している。

【００１２】このように構成した図の超電導マグネット
装置は、ポート９を加圧源に接続し、弁６を開放して液
室３ｂを加圧すると液室３ｂ内の冷媒液１０がマグネッ
トコイル内の冷却チャンネルを通って液室３ａに流れ、
その際の液流で冷却チャンネル内の気泡が外部に押し出
される。

【００１３】ポート８を吸引源に接続し、弁７を開いて
液室３ａを減圧した場合にも結果は同じになる。

【００１４】なお、この図１の装置は、ポート９内の液
面がある程度下がったら、液室３ａ、３ｂ内を同圧にし
て下がった液面を元に戻すが、このとき、冷却チャンネ
ル内の気泡が液室３ｂ内に流れ込むとその液室３ｂ内に
気化ガスが閉じ込められるので、液室３ｂからのガス抜
き口を設けておくのが望ましい。隔壁５をポート９側が
少し高くなるように傾斜させてポート９を隔壁５と同レ
ベルの位置で液室３ｂに接続するとポート９から気化ガ
スを抜くことができる。

【００１５】図２は、超電導マグネット１を横向きにし
て冷媒液層３を隔壁５で左右に区画した例を示してい
る。

【００１６】この場合も、液室３ａ、３ｂはマグネット
コイル内の冷却チャンネルを介して連通している。

【００１７】この構造では、冷却チャンネル内の液流が
右向き、左向きのどちらでも気泡の押出し条件が同じに
なるので、液室３ｂの加圧（又は３ａの減圧）と、液室
３ａの加圧（又は３ｂの減圧）を交互に繰り返すと言っ
たことも許容される。

【００１８】なお、クライオスタット２は、冷媒液槽３
と真空槽４間に熱シールド槽や熱シールド板などを具備
するものであってもよい。

【００１９】また、冷媒液１０は、高温超電導マグネッ
トの場合は、液体ヘリウムに限らず、液体水素、液体ネ
オン、液体窒素なども候補に挙がっているが、本発明で
使用する冷媒液の種類は特に限定されない。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明では、２室
に分けた冷媒液槽間に圧力差を生じさせて冷却チャンネ
ル内の気泡を強制排除し得るようにしたので、気泡の滞
留による冷却効率の低下を無くすことができ、超電導マ
グネットをクエンチさせずに安定して運転できるように
なると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の一例を示す断面図

【図２】他の実施例の断面図

【図３】一般的な浸漬、冷却システムを採用した従来の
超電導マグネット装置の断面図

【符号の説明】

１ 超電導マグネット ２ クライオスタット ３ 冷媒液槽 ３ａ、３ｂ 液室 ４ 真空槽 ５ 隔壁 ６、７ 遮断弁 ８、９ ポート １０ 冷媒液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導マグネットを収納する冷媒液槽を
   ２室に分け、この２つの部屋をマグネットコイルの内部
   に設けた冷却チャンネルを介して連通させると共に、各
   部屋の加圧又は減圧を可能ならしめたことを特徴とする
   超電導マグネット装置。