JPH08124739A - 強制冷却超電導コイルの常電導転移検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱的且つ流体ノイズを除去し、各種ノイズに影
響されず、検出感度に優れた装置を得る。 【構成】冷媒を強制的に循環して冷却される強制冷却超
電導コイル１と、この超電導コイル１の高磁界側の冷媒
導入部に配設した第１の流量計４ａと、超電導コイル１
の低磁界側の冷媒排出部に配設した第２の流量計４ｂ
と、第１の流量計４ａおよび第２の流量計４ｂの出力信
号に基づいて流量変化の差分を検出する流量変化検出手
段５とを備え、この流量変化検出手段５の検出結果より
超電導コイル１の常電導転移を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷媒を強制的に循環して
冷却される強制冷却超電導コイルに係り、特に常電導転
移の検出に冷媒の力学的変化を用いた強制冷却超電導コ
イルの常電導転移検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】強制冷却超電導コイルの常電導転移を検
出する装置としては、浸漬冷却コイルで一般に用いられ
ているコイルの両端および中点から電圧端子間までのブ
リッジ構成の不均衡から検出するもの、同様に端子電圧
間での電圧発生、また電気ノイズを軽減して検出感度を
向上させた、共巻き補償コイルの磁束変化から検出する
ものなどがあった。この他に、新規な検出方法として特
開平３−２４４８６号公報に開示したように、強制冷却
超電導コイルの高磁界側の冷媒導入部に流量計を設け、
この流量計により冷媒の流量変化を検出することで、常
電導転移を検出するものがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電気的な強制冷却超電導コイルの常電導転移検出装置
では、高磁界且つ電気ノイズが発生し易い環境下におい
て、検出感度に問題が生じ易く、場合によっては誤操作
による超電導コイルの電流遮断およびこの電流遮断に伴
うヘリウムへのエネルギー放出により、超電導コイルを
再冷却、再励磁しなければならない。その結果、運転す
るまでに多大な時間と多量のヘリウムを必要とするなど
の不都合が生じていた。

【０００４】また、この電気的方法を改善する手段とし
て、寒冷である超臨界ヘリウムの流体変化を検出する方
法があった。この方法は、超電導コイルのある領域で常
電導転移した場合、常電導転移した領域でのジュール発
熱により、冷媒である超臨界ヘリウムが加熱、膨張し、
水力直径の小さい導体においては冷媒流量の変化および
冷媒流路の閉塞現象を伴うことを利用して検出してい
る。

【０００５】この方法は、電気的ノイズに影響されない
ことで優れているものの、熱的外乱に対して敏感である
ため、例えば超臨界ヘリウムに特有の圧力・流動振動に
起因した温度振動が生じた場合、コイルの一部が常電導
転移した現象と類似した挙動を示し、一種の熱的ノイズ
となって電気的な検出方法と同様の不都合が生じること
になる。

【０００６】また、超電導コイルが変動磁界を発生する
ような交流運転する場合も同様、変動磁界に伴う渦電流
および結合交流損失によりコイル全体が常電導転移した
かのような挙動を示す。このため、この種の熱的ノイズ
に対しての常電導転移識別精度についても問題視されて
いた。さらに、強制冷却超電導コイル特有の低温ポン
プ、常温圧縮機などの冷媒循環装置による流体の脈動現
象（流体ノイズ）も流量、圧力に変化を生じ、検出装置
の精度上の問題となっていた。

【０００７】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、熱的且つ流体ノイズを除去し、各種ノイズに影
響されず、検出感度に優れた強制冷却超電導コイルの常
電導転移検出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、冷媒を強制的に循環して
冷却される強制冷却超電導コイルと、この超電導コイル
の高磁界側の冷媒導入部に配設した第１の流量計と、上
記超電導コイルの低磁界側の冷媒排出部に配設した第２
の流量計と、上記第１の流量計および第２の流量計の出
力信号に基づいて流量変化の差分を検出する流量変化検
出手段とを備え、この流量変化検出手段の検出結果より
上記超電導コイルの常電導転移を検出することを特徴と
する。

【０００９】請求項２は、請求項１記載の強制冷却超電
導コイルの常電導転移検出装置において、流量変化検出
手段からの検出信号に基づいて強制冷却超電導コイルへ
の通電を遮断する通電遮断回路を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項３は、請求項１または２記載の流量
変化検出手段が電気的演算回路であることを特徴とす
る。請求項４は、請求項１または２記載の流量変化検出
手段が差圧変換器であることを特徴とする。

【００１１】請求項５は、請求項１記載の第１の流量計
および第２の流量計がベンチュリー管，オリフィス管な
どの絞り機構を有することを特徴とする。請求項６は、
請求項１記載の第１の流量計および第２の流量計がドラ
ッグディスクなどの管内流路抵抗体を有することを特徴
とする。

【００１２】

【作用】請求項１においては、第１の流量計および第２
の流量計の出力信号に基づいて流量変化の差分を流量変
化検出手段により検出し、この流量変化検出手段の検出
結果より超電導コイルの常電導転移を検出することによ
り、強制冷却超電導コイル内の発熱（常電導転移に至ら
ない）および低温ポンプ、常温圧縮機などの冷媒循環装
置により、あるいは冷媒である超臨界ヘリウム特有の圧
力振動に伴う流量の脈動をなくし、電気的にも流体的に
もノイズの少ない検出感度の優れた装置が得られる。

【００１３】請求項２においては、流量変化検出手段か
らの検出信号に基づいて強制冷却超電導コイルへの通電
を遮断する通電遮断回路を設けたことにより、誤操作が
少なく、信頼性の高い強制冷却超電導コイルの保護装置
を得ることができる。

【００１４】請求項３において、請求項１または２記載
の流量変化検出手段は、電気的演算回路であることが好
ましい。請求項４において、請求項１または２記載の流
量変化検出手段は、差圧変換器であることが好ましい。

【００１５】請求項５において、請求項１記載の第１の
流量計および第２の流量計は、ベンチュリー管，オリフ
ィス管などの絞り機構を有することが好ましい。請求項
６において、請求項１記載の第１の流量計および第２の
流量計は、ドラッグディスクなどの管内流路抵抗体を有
することが好ましい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る強制冷却超電導コイルの常電
導転移検出装置の第１実施例を示す系統図である。図１
において、強制冷却超電導コイルの冷却系統は、強制冷
却導体を巻線して構成した強制冷却超電導コイル１と、
この強制冷却超電導コイル１に冷媒である超臨界ヘリウ
ムを循環させる低温ポンプ２と、強制冷却超電導コイル
１の高磁界側の冷媒導入部に冷媒を供給するための冷媒
供給配管３ａと、強制冷却超電導コイル１の低磁界側の
冷媒排出部にから冷媒を排出するための冷媒排出配管３
ｂとを有している。

【００１７】また、冷媒供給配管３ａおよび冷媒排出配
管３ｂの強制冷却超電導コイル１に近接する位置には、
それぞれ流体圧力の変化量から質量流量を算出する第１
および第２の流量計４ａ，４ｂが配設されている。これ
らの流量計４ａ，４ｂはオリフィス板，ベンチュリー管
などの絞り機構を有するか、あるいはドラッグディスク
などの管内流路抵抗体を有している。そして、冷媒供給
配管３ａおよび冷媒排出配管３ｂにそれぞれ配設した流
量計４ａ，４ｂには、その出力を演算して流量変化の差
分を検出し、この検出信号を出力する流量変化検出手段
としての電気演算回路５が接続されている。ここで、流
量変化検出手段としては、電気演算回路５に代えて差圧
変換器を用いてもよい。

【００１８】次に、本実施例の作用を図２（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）に基づいて説明する。絞り機構前後の流
体圧力の変化量から質量流量を算出する流量計４ａ，４
ｂの出力信号は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように時間
の変化とともに脈動する。この脈動は超臨界ヘリウム特
有の圧力振動やコイル系への定常侵入熱によるものであ
ったり、低温ポンプ２、常温圧縮機などの冷媒循環装置
によるものである。

【００１９】今、強制冷却超電導コイル１の高磁界側で
一領域が何等かの熱的外乱により超電導状態から常電導
状態に転移したとする。この時、狭い空間に流れている
強制冷却導体内の冷媒（超臨界ヘリウム）は入熱により
急激に体積膨張する。このため、強制冷却超電導コイル
１内の一部の冷媒圧力が上昇し、常電導転移した領域の
圧力が最も高く、次に冷媒供給口、冷媒排出口の順で低
くなっている。

【００２０】その結果、常電導転移した領域を境として
流れの下流側では、図２（Ａ）に示すように流れが加速
され流量の増加、または常電導転移した領域の流路の閉
塞に伴う流量の減少が観測されることになる。一方、流
れの上流側では図２（Ｂ）に示すように定常冷却時の圧
力勾配が逆転することにより流量の減少、または閉塞に
伴う逆流が生じる。

【００２１】そこで、両流量計４ａ，４ｂの出力信号を
電気演算回路５または差圧変換器などで電気的に処理す
ることにより、両者の差の絶対値として図２（Ｃ）の出
力波形を得ることができる。この図２（Ｃ）で得られる
出力は、前述した超臨界ヘリウム特有の圧力振動やコイ
ル系への定常侵入熱に起因するもの、あるいは低温ポン
プ２、常温圧縮機などの冷媒循環装置による流体ノイズ
を取り除いたものであり、この出力と予め設定した常電
導転移時の流量変化を基にしたしきい値とを比較するこ
とにより、電気的にも流体的にもノイズが少なく、高い
検出感度にて常電導転移を検出することができる。

【００２２】また、交流損失などによりコイル全長に亘
って発熱した場合は、流量の変化が数十秒間に亘り、且
つ上流側と下流側とで流量変化に時間のずれが生じる。
この場合、各流量の差分は常に定常的な変化となり、図
２（Ｃ）に示すような過渡変化とは異なるため、常電導
転移との区別が判定でき、誤操作によるコイル電流の遮
断を行う不都合が生じない。

【００２３】なお、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）におい
て、ΔＰｕは上流側の流量に比例した差圧、ΔＰｄは下
流側の流量に比例した差圧、ｍは流量である。図３は強
制冷却超電導コイルの常電導転移検出装置の第２実施例
を示す系統図である。なお、前記第１実施例と同一の部
分には同一の符号を付して説明する。図３に示すよう
に、本実施例では強制冷却超電導コイル１と、常電導転
移検出装置の出力器である電気演算回路５と、超電導コ
イル１に並列接続された保護抵抗６および電源７とから
コイル通電回路８が構成され、このコイル通電回路８の
一部には通電遮断回路９が設けられている。

【００２４】本実施例では、この通電遮断回路９と電気
演算回路５とを電気的に連動させることにより、常電導
転移検出時に通電遮断回路９を作動させることで、誤操
作が少なく、信頼性の高い強制冷却超電導コイルの保護
装置を得ることができる。その他の構成および作用は、
前記第１実施例と同一であるのでその説明を省略する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、第１の流量計および第２の流量計の出力信号
に基づいて流量変化の差分を流量変化検出手段により検
出し、この流量変化検出手段の検出結果より超電導コイ
ルの常電導転移を検出することにより、強制冷却超電導
コイルとは異なる冷媒循環装置系での流体ノイズやコイ
ル内の過渡発熱（常電導転移に至らない）に起因する熱
的ノイズを除去することができる。その結果、電気的に
も流体的にもノイズの少ない検出感度の優れた装置を得
ることができる。

【００２６】請求項２によれば、流量変化検出手段から
の検出信号に基づいて強制冷却超電導コイルへの通電を
遮断する通電遮断回路を設けたことにより、誤操作が少
なく、信頼性の高い強制冷却超電導コイルの保護装置を
得ることができる。

【００２７】請求項３，４によれば、請求項１または２
記載の流量変化検出手段は、電気的演算回路や差圧変換
器であるので、高い信頼性が得られる。請求項５，６に
よれば、請求項１記載の第１の流量計および第２の流量
計は、ベンチュリー管，オリフィス管などの絞り機構
や、ドラッグディスクなどの管内流路抵抗体を有するこ
とにより、正確に質量流量を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る強制冷却超電導コイルの常電導転
移検出装置の第１実施例を示す系統図。

【図２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第１実施例の作用を
示すタイミングチャート図。

【図３】本発明に係る強制冷却超電導コイルの常電導転
移検出装置の第２実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１ 強制冷却超電導コイル ２ 低温ポンプ ３ａ 冷媒供給配管 ３ｂ 冷媒排出配管 ４ａ 流量計（第１の流量計） ４ｂ 流量計（第２の流量計） ５ 電気演算回路（流量変化検出手段） ６ 保護抵抗 ７ 電源 ８ コイル通電回路 ９ 通電遮断回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を強制的に循環して冷却される強制
   冷却超電導コイルと、この超電導コイルの高磁界側の冷
   媒導入部に配設した第１の流量計と、上記超電導コイル
   の低磁界側の冷媒排出部に配設した第２の流量計と、上
   記第１の流量計および第２の流量計の出力信号に基づい
   て流量変化の差分を検出する流量変化検出手段とを備
   え、この流量変化検出手段の検出結果より上記超電導コ
   イルの常電導転移を検出することを特徴とする強制冷却
   超電導コイルの常電導転移検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の強制冷却超電導コイルの
   常電導転移検出装置において、流量変化検出手段からの
   検出信号に基づいて強制冷却超電導コイルへの通電を遮
   断する通電遮断回路を設けたことを特徴とする強制冷却
   超電導コイルの常電導転移検出装置。
3. 【請求項３】 流量変化検出手段は、電気的演算回路で
   あることを特徴とする請求項１または２記載の強制冷却
   超電導コイルの常電導転移検出装置。
4. 【請求項４】 流量変化検出手段は、差圧変換器である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の強制冷却超電
   導コイルの常電導転移検出装置。
5. 【請求項５】 第１の流量計および第２の流量計は、ベ
   ンチュリー管，オリフィス管などの絞り機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の強制冷却超電導コイルの
   常電導転移検出装置。
6. 【請求項６】 第１の流量計および第２の流量計は、ド
   ラッグディスクなどの管内流路抵抗体を有することを特
   徴とする請求項１記載の強制冷却超電導コイルの常電導
   転移検出装置。