JPH0757927A - 超電導コイル装置 - Google Patents
超電導コイル装置Info
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- JPH0757927A JPH0757927A JP20322893A JP20322893A JPH0757927A JP H0757927 A JPH0757927 A JP H0757927A JP 20322893 A JP20322893 A JP 20322893A JP 20322893 A JP20322893 A JP 20322893A JP H0757927 A JPH0757927 A JP H0757927A
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体ヘリウム等の冷媒を使用することなく、
超電導コイルを冷却し、経済化および小型化を図った超
電導コイル装置を提供する。 【構成】 超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイル
に発生した熱は巻枠１ａからヒートパイプ１ｄを介して
放熱板１ｆに伝達され、放熱板１ｆが更に冷凍機のコー
ルドヘッド１ｇによって冷却され、これにより超電導コ
イルが冷却される。
超電導コイルを冷却し、経済化および小型化を図った超
電導コイル装置を提供する。 【構成】 超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイル
に発生した熱は巻枠１ａからヒートパイプ１ｄを介して
放熱板１ｆに伝達され、放熱板１ｆが更に冷凍機のコー
ルドヘッド１ｇによって冷却され、これにより超電導コ
イルが冷却される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムのような
冷媒を使用することなく、超電導コイルを冷却し得る超
電導コイル装置に関する。
冷媒を使用することなく、超電導コイルを冷却し得る超
電導コイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導コイル装置は例えば超電導限流器
等に利用されているが、このような超電導限流器の冷却
方法は、従来液体ヘリウムを使用している。図３は、こ
のような液体ヘリウムを使用した従来の超電導限流器の
構成を概略的に示す図である。同図において、３ａはク
ライオスタットであり、外部の熱が侵入しないように内
壁と外壁との間に真空層が設けられている。そして、こ
の中に液体ヘリウム等の冷媒３ｂが充填され、超電導コ
イル３ｃとこの超電導コイルの電流リード線３ｄを該冷
媒により直接冷却している。
等に利用されているが、このような超電導限流器の冷却
方法は、従来液体ヘリウムを使用している。図３は、こ
のような液体ヘリウムを使用した従来の超電導限流器の
構成を概略的に示す図である。同図において、３ａはク
ライオスタットであり、外部の熱が侵入しないように内
壁と外壁との間に真空層が設けられている。そして、こ
の中に液体ヘリウム等の冷媒３ｂが充填され、超電導コ
イル３ｃとこの超電導コイルの電流リード線３ｄを該冷
媒により直接冷却している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、液体
ヘリウム等の冷媒で超電導コイルを冷却する従来の超電
導コイル装置では、超電導限流器の発熱で蒸発する冷媒
の処理が問題となっている。すなわち、超電導限流器は
１回の限流動作で約４０ｋｊ程度の発熱があるため、液
体ヘリウム内で超電導コイルが動作すると、約１６リッ
トルの大量の液体ヘリウムが気化する。そして、１６リ
ットルの液体ヘリウムが常温液体になると、その体積は
約７００倍に膨張し、１１．２キロリットルのヘリウム
ガスになる。このように大量のヘリウムガスをクライオ
スタット３ａ内に封じ込めるには、大きな圧力容器にす
る必要があるが、このような圧力容器は圧力がかかるた
めに危険である上に、また圧力容器内に超電導コイルや
電流リード線を設けるということはメンテナンス上好ま
しくないとともに、更に容器自体も高価になるという問
題がある。
ヘリウム等の冷媒で超電導コイルを冷却する従来の超電
導コイル装置では、超電導限流器の発熱で蒸発する冷媒
の処理が問題となっている。すなわち、超電導限流器は
１回の限流動作で約４０ｋｊ程度の発熱があるため、液
体ヘリウム内で超電導コイルが動作すると、約１６リッ
トルの大量の液体ヘリウムが気化する。そして、１６リ
ットルの液体ヘリウムが常温液体になると、その体積は
約７００倍に膨張し、１１．２キロリットルのヘリウム
ガスになる。このように大量のヘリウムガスをクライオ
スタット３ａ内に封じ込めるには、大きな圧力容器にす
る必要があるが、このような圧力容器は圧力がかかるた
めに危険である上に、また圧力容器内に超電導コイルや
電流リード線を設けるということはメンテナンス上好ま
しくないとともに、更に容器自体も高価になるという問
題がある。
【０００４】一方、圧力容器としての機能を持たせるこ
とを避けるために、ヘリウムガスを外部に放出する方法
も考えられるが、このような方法では、超電導限流器が
動作する毎に液体ヘリウムを再注入する必要があり、メ
ンテナンスに時間と費用がかかるという問題がある。
とを避けるために、ヘリウムガスを外部に放出する方法
も考えられるが、このような方法では、超電導限流器が
動作する毎に液体ヘリウムを再注入する必要があり、メ
ンテナンスに時間と費用がかかるという問題がある。
【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、液体ヘリウム等の冷媒を使用
することなく、超電導コイルを冷却し、経済化および小
型化を図った超電導コイル装置を提供することにある。
その目的とするところは、液体ヘリウム等の冷媒を使用
することなく、超電導コイルを冷却し、経済化および小
型化を図った超電導コイル装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超電導コイル装置は、絶縁性巻枠に巻装さ
れた超電導コイルと、一端側が前記巻枠と一体的に構成
された複数のヒートパイプと、該複数のヒートパイプの
他端に接続された冷却手段とを有することを要旨とす
る。
め、本発明の超電導コイル装置は、絶縁性巻枠に巻装さ
れた超電導コイルと、一端側が前記巻枠と一体的に構成
された複数のヒートパイプと、該複数のヒートパイプの
他端に接続された冷却手段とを有することを要旨とす
る。
【０００７】また、本発明の超電導コイル装置は、ヒー
トパイプは中間が絶縁され、また超電導コイルが無誘導
巻きされている。
トパイプは中間が絶縁され、また超電導コイルが無誘導
巻きされている。
【０００８】
【作用】本発明の超電導コイル装置では、超電導コイル
に発生した熱は巻枠からヒートパイプを介して冷却手段
に伝達され、これにより超電導コイルを冷却することが
できる。
に発生した熱は巻枠からヒートパイプを介して冷却手段
に伝達され、これにより超電導コイルを冷却することが
できる。
【０００９】また、本発明の超電導コイル装置では、ヒ
ートパイプは中間が絶縁されているため、冷却手段を電
気回路から保護することができるし、また超電導コイル
は無誘導巻されているため、ヒートパイプに渦電流が生
じるのを防止することができる。
ートパイプは中間が絶縁されているため、冷却手段を電
気回路から保護することができるし、また超電導コイル
は無誘導巻されているため、ヒートパイプに渦電流が生
じるのを防止することができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００１１】図１は、本発明の一実施例に係わる超電導
コイル装置を適用した超電導限流器の構成を示す斜視図
である。同図において、円筒形状のコイル巻枠１ａには
超電導コイルを構成する超電導導体１ｂおよび１ｃが巻
回されている。更に詳しくは、超電導導体１ｂおよび１
ｃはそれぞれ巻枠１ａ上に右巻および左巻で同心円同径
状に巻回され、これによりＡＰ巻きで無誘導になってい
る。巻枠１ａは、ＧＦＲＰ製であり、その円筒状の厚肉
部分に複数のヒートパイプ１ｄの一端側部分が埋め込ま
れ、これにより各ヒートパイプ１ｄの一端側部分と巻枠
１ａは各ヒートパイプの長手方向と超電導導体１ｂ，１
ｃからなる超電導コイルの軸方向が一致するように一体
的に構成されている。
コイル装置を適用した超電導限流器の構成を示す斜視図
である。同図において、円筒形状のコイル巻枠１ａには
超電導コイルを構成する超電導導体１ｂおよび１ｃが巻
回されている。更に詳しくは、超電導導体１ｂおよび１
ｃはそれぞれ巻枠１ａ上に右巻および左巻で同心円同径
状に巻回され、これによりＡＰ巻きで無誘導になってい
る。巻枠１ａは、ＧＦＲＰ製であり、その円筒状の厚肉
部分に複数のヒートパイプ１ｄの一端側部分が埋め込ま
れ、これにより各ヒートパイプ１ｄの一端側部分と巻枠
１ａは各ヒートパイプの長手方向と超電導導体１ｂ，１
ｃからなる超電導コイルの軸方向が一致するように一体
的に構成されている。
【００１２】複数のヒートパイプ１ｄの他端、すなわち
図において上側は、放熱板１ｆに熱的に接触し、この放
熱板１ｆは更に冷凍機のコールドヘッド１ｇに連結さ
れ、これにより冷凍機のコールドヘッド１ｇにより放熱
板１ｆを冷却し、更にヒートパイプ１ｄを介して超電導
導体１ｂ，１ｃを冷却し得るようになっている。なお、
各ヒートパイプ１ｄの中程には絶縁層１ｅが設けられ、
冷凍機を超電導コイルの電気回路から保護している。
図において上側は、放熱板１ｆに熱的に接触し、この放
熱板１ｆは更に冷凍機のコールドヘッド１ｇに連結さ
れ、これにより冷凍機のコールドヘッド１ｇにより放熱
板１ｆを冷却し、更にヒートパイプ１ｄを介して超電導
導体１ｂ，１ｃを冷却し得るようになっている。なお、
各ヒートパイプ１ｄの中程には絶縁層１ｅが設けられ、
冷凍機を超電導コイルの電気回路から保護している。
【００１３】以上のように構成された超電導限流器は、
定常使用時にも超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コ
イルから交流損失としてＱ＝４Ｗの発熱があるが、この
超電導コイルからの発熱は巻枠１ａを介して各ヒートパ
イプ１ｄに伝達され、更に各ヒートパイプ１ｄ中を他端
の放熱側に伝達される。それから、この他端の放熱側に
連結されている放熱板１ｆに伝達されるが、この放熱板
１ｆは冷凍機のコールドヘッド１ｇに連結されているの
で、この冷凍機のコールドヘッド１ｇによって冷却され
ることになる。なお、ヒートパイプ１ｄの熱抵抗はほと
んど無視できるので、熱伝導の計算は超電導導体１ｂ，
１ｃとヒートパイプ１ｄとの間に設けられているＧＦＲ
Ｐからなる巻枠１ａについて行えばよい。例えば、超電
導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルの直径を０．３
ｍ、巻線部分の長さを０．５ｍとすると、ヒートパイプ
１ｄにより冷却する面積Ｓは０．４７ｍ2 である。従っ
て、ＧＦＲＰからなる巻枠１ａに要求される伝熱量ｑ＝
Ｑ／Ｓ＝８．５Ｗ／ｍ2 を満たすように巻枠１ａの厚さ
１を設定すればよい。また、ヒートパイプ１ｄ側の温度
ｔ＝４．２Ｋで超電導導体１ｂ，１ｃ側の温度Ｔ＝４．
３Ｋに納まるようにするには、ＧＦＲＰからなる巻枠１
ａの４．２Ｋにおける熱伝導率λ＝０．１Ｗ／ｍ・Ｋで
あるので、次式からＧＦＲＰからなる巻枠１ａの厚さを
１mmにすればよいことになる。
定常使用時にも超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コ
イルから交流損失としてＱ＝４Ｗの発熱があるが、この
超電導コイルからの発熱は巻枠１ａを介して各ヒートパ
イプ１ｄに伝達され、更に各ヒートパイプ１ｄ中を他端
の放熱側に伝達される。それから、この他端の放熱側に
連結されている放熱板１ｆに伝達されるが、この放熱板
１ｆは冷凍機のコールドヘッド１ｇに連結されているの
で、この冷凍機のコールドヘッド１ｇによって冷却され
ることになる。なお、ヒートパイプ１ｄの熱抵抗はほと
んど無視できるので、熱伝導の計算は超電導導体１ｂ，
１ｃとヒートパイプ１ｄとの間に設けられているＧＦＲ
Ｐからなる巻枠１ａについて行えばよい。例えば、超電
導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルの直径を０．３
ｍ、巻線部分の長さを０．５ｍとすると、ヒートパイプ
１ｄにより冷却する面積Ｓは０．４７ｍ2 である。従っ
て、ＧＦＲＰからなる巻枠１ａに要求される伝熱量ｑ＝
Ｑ／Ｓ＝８．５Ｗ／ｍ2 を満たすように巻枠１ａの厚さ
１を設定すればよい。また、ヒートパイプ１ｄ側の温度
ｔ＝４．２Ｋで超電導導体１ｂ，１ｃ側の温度Ｔ＝４．
３Ｋに納まるようにするには、ＧＦＲＰからなる巻枠１
ａの４．２Ｋにおける熱伝導率λ＝０．１Ｗ／ｍ・Ｋで
あるので、次式からＧＦＲＰからなる巻枠１ａの厚さを
１mmにすればよいことになる。
【００１４】ｑ＝λ（ｔ−Ｔ）／１ 以上の計算から、巻枠１ａ中にヒートパイプ１ｄを密に
挿入し、ヒートパイプ１ｄと超電導導体１ｂ，１ｃ間の
巻枠１ａの厚さを平均１mmにすれば、液体ヘリウムなし
で超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルを冷却で
きることがわかる。
挿入し、ヒートパイプ１ｄと超電導導体１ｂ，１ｃ間の
巻枠１ａの厚さを平均１mmにすれば、液体ヘリウムなし
で超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルを冷却で
きることがわかる。
【００１５】また、超電導導体１ｂ，１ｃは、上述した
ようにＡＰ巻きで無誘導となっているので、図２に示す
ように、超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導超コイル
に発生する磁界中にヒートパイプ１ｄがさらされること
はなく、従って磁界によって発生する渦電流を生じるこ
とがない。なお、超電導コイルを構成する超電導導体が
図２に示すような外側コイル２ａと内側コイル２ｂのよ
うに左右逆巻きの無誘導巻きである場合、内側コイルと
外側コイルの層間の磁束密度が大きいので、ここに設け
られたヒートパイプ２ｃに遮蔽電流が生じ、発熱する恐
れがある。図２において、矢印２ｅは磁束の向きを示し
ている。
ようにＡＰ巻きで無誘導となっているので、図２に示す
ように、超電導導体１ｂ，１ｃからなる超電導超コイル
に発生する磁界中にヒートパイプ１ｄがさらされること
はなく、従って磁界によって発生する渦電流を生じるこ
とがない。なお、超電導コイルを構成する超電導導体が
図２に示すような外側コイル２ａと内側コイル２ｂのよ
うに左右逆巻きの無誘導巻きである場合、内側コイルと
外側コイルの層間の磁束密度が大きいので、ここに設け
られたヒートパイプ２ｃに遮蔽電流が生じ、発熱する恐
れがある。図２において、矢印２ｅは磁束の向きを示し
ている。
【００１６】上述したように、本実施例では、超電導導
体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルに発生した熱が巻枠
１ａ、ヒートパイプ１ｄを介して放熱板１ｆに伝達さ
れ、この放熱板１ｆが冷凍機のコールドヘッド１ｇによ
って冷却され、これにより超電導導体１ｂ，１ｃを４．
３Ｋに保つことができるので、従来のように液体ヘリウ
ムのような冷媒を使用する必要がなく、従って超電導限
流器を構成する超電導コイルが短絡による過電流により
クエンチして発熱しても、冷媒の蒸発がないため、従来
のように容器を圧力容器にする必要もなく、また超電導
限流器が動作する毎に冷媒を注入する必要もない。
体１ｂ，１ｃからなる超電導コイルに発生した熱が巻枠
１ａ、ヒートパイプ１ｄを介して放熱板１ｆに伝達さ
れ、この放熱板１ｆが冷凍機のコールドヘッド１ｇによ
って冷却され、これにより超電導導体１ｂ，１ｃを４．
３Ｋに保つことができるので、従来のように液体ヘリウ
ムのような冷媒を使用する必要がなく、従って超電導限
流器を構成する超電導コイルが短絡による過電流により
クエンチして発熱しても、冷媒の蒸発がないため、従来
のように容器を圧力容器にする必要もなく、また超電導
限流器が動作する毎に冷媒を注入する必要もない。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導コイルに発生した熱は巻枠からヒートパイプを介
して冷却手段に伝達され、これにより超電導コイルを冷
却することができ、従来のように液体ヘリウムのような
冷媒を使用しないので、冷媒の蒸発がなく、従って冷媒
蒸気の処理が不要となり、小型化および経済化を図るこ
とができる。
超電導コイルに発生した熱は巻枠からヒートパイプを介
して冷却手段に伝達され、これにより超電導コイルを冷
却することができ、従来のように液体ヘリウムのような
冷媒を使用しないので、冷媒の蒸発がなく、従って冷媒
蒸気の処理が不要となり、小型化および経済化を図るこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例に係わる超電導コイル装置を
適用した超電導限流器の構成を示す斜視図である。
適用した超電導限流器の構成を示す斜視図である。
【図２】超電導コイルを冷却するヒートパイプと超電導
導体を構成する内外逆巻コイルの形成する磁界を示す説
明図である。
導体を構成する内外逆巻コイルの形成する磁界を示す説
明図である。
【図３】従来の超電導限流器を示す図である。
１ａ 巻枠 １ｂ，１ｃ 超電導導体 １ｄ ヒートパイプ １ｅ 絶縁層 １ｆ 放熱板 １ｇ 冷凍機のコールドヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 順 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 ▲つる▼永 和行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 米田 えり子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 多田 孝光 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁性巻枠に巻装された超電導コイル
と、一端側が前記巻枠と一体的に構成された複数のヒー
トパイプと、該複数のヒートパイプの他端に接続された
冷却手段とを有することを特徴とする超電導コイル装
置。 - 【請求項２】 前記ヒートパイプは中間が絶縁されてい
ることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル装置。 - 【請求項３】 前記超電導コイルは無誘導巻きされてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の超電導コイ
ル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20322893A JPH0757927A (ja) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | 超電導コイル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20322893A JPH0757927A (ja) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | 超電導コイル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757927A true JPH0757927A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16470576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20322893A Pending JPH0757927A (ja) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | 超電導コイル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757927A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217392A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-08-11 | General Electric Co <Ge> | 超伝導磁石用の低渦電流極低温剤回路 |
| US20140228221A1 (en) * | 2011-10-28 | 2014-08-14 | Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. | Superconducting rotating machines cooling apparatus using heating pipe |
-
1993
- 1993-08-17 JP JP20322893A patent/JPH0757927A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217392A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-08-11 | General Electric Co <Ge> | 超伝導磁石用の低渦電流極低温剤回路 |
| JP4691350B2 (ja) * | 2003-11-19 | 2011-06-01 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 超伝導磁石用の低渦電流極低温剤回路 |
| US20140228221A1 (en) * | 2011-10-28 | 2014-08-14 | Hyundai Heavy Industries Co., Ltd. | Superconducting rotating machines cooling apparatus using heating pipe |
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