JPS58176904A - 超電導コイルの冷却方法、および冷却装置 - Google Patents
超電導コイルの冷却方法、および冷却装置Info
- Publication number
- JPS58176904A JPS58176904A JP57059681A JP5968182A JPS58176904A JP S58176904 A JPS58176904 A JP S58176904A JP 57059681 A JP57059681 A JP 57059681A JP 5968182 A JP5968182 A JP 5968182A JP S58176904 A JPS58176904 A JP S58176904A
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- JP
- Japan
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- coil
- flow rate
- cooling
- flow path
- superconducting coil
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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
【発明の詳細な説明】
本発明は超電導コイルの冷却方法、および装置に係り、
特にパルス的に通電される大諏核拳合装置のパルスボＵ
イダル磁場コイルの冷却方式として好適な超電導コイル
の冷却方法、および装置に関する。
特にパルス的に通電される大諏核拳合装置のパルスボＵ
イダル磁場コイルの冷却方式として好適な超電導コイル
の冷却方法、および装置に関する。
従来、小型ａｍ合装置に用いられ〜パルス的に通電され
る超電導ボロイダル磁場コイルは、超電導状態を維持す
るとともに、フィル通電時に発生する超電導線のＡＣロ
スによる発熱量を冷却するために、浸漬冷却が總されて
いる。この浸漬冷却方式は、第１図に示されるように、
液体ヘリウムｌが満たされた容器２内に超電導コイル３
を！ｆｆし、液体へリクムｌを液化冷凍装置４より冷厳
配管を介して容＠２に供給するとともに、コイル３の発
熱を液体ヘリウム１の蒸発潜熱で冷却し、気体となった
ヘリウムガスを再度液化冷凍装置４に戻すことにより行
うものである。斯かる浸漬冷却方式は構造が比較的簡単
であることから、従来のほとんどの小型超電導コイルに
用りられている。
る超電導ボロイダル磁場コイルは、超電導状態を維持す
るとともに、フィル通電時に発生する超電導線のＡＣロ
スによる発熱量を冷却するために、浸漬冷却が總されて
いる。この浸漬冷却方式は、第１図に示されるように、
液体ヘリウムｌが満たされた容器２内に超電導コイル３
を！ｆｆし、液体へリクムｌを液化冷凍装置４より冷厳
配管を介して容＠２に供給するとともに、コイル３の発
熱を液体ヘリウム１の蒸発潜熱で冷却し、気体となった
ヘリウムガスを再度液化冷凍装置４に戻すことにより行
うものである。斯かる浸漬冷却方式は構造が比較的簡単
であることから、従来のほとんどの小型超電導コイルに
用りられている。
ところが、従来の浸漬冷却方法では、大型核融合装置な
どに使用される強磁場発生用の大電流ボロイダル磁場コ
イルの冷却には不適であシ、多大な発熱量を除去できず
、クエンチを発生させる問題点を有している。
どに使用される強磁場発生用の大電流ボロイダル磁場コ
イルの冷却には不適であシ、多大な発熱量を除去できず
、クエンチを発生させる問題点を有している。
すなわち、大型核融合装置では、プラズマ条件を向上さ
せるため、トロイダル磁場コイルやボロイダル磁場コイ
ルの磁場が強くなシ、従ってパルス的に通電されるボロ
イダル磁場コイルの受ける様々な磁場も高く、磁場変化
も大きい、そして、これらの磁場変化の影響でコイル中
に発生するパルス的ＡＣロスによる発熱も多量になる。
せるため、トロイダル磁場コイルやボロイダル磁場コイ
ルの磁場が強くなシ、従ってパルス的に通電されるボロ
イダル磁場コイルの受ける様々な磁場も高く、磁場変化
も大きい、そして、これらの磁場変化の影響でコイル中
に発生するパルス的ＡＣロスによる発熱も多量になる。
ここで、浸漬冷却による超電導コイルの冷却性能を求め
ると第２図の如き曲線となる。これは、第３図の実験模
式図に基づき得られたものであシー液体ヘリウム１中に
超電導４体５を浸漬し、液体へリクム１と導体５の冷却
面との間において、液体ヘリクム１と導体ｌ壁面とのｍ
度差ΔＴ＝ＴムＴｍ（但しＴムは導体１の温度、ＴＩは
液体ヘリウム１の温［）と、導体壁の冷却熱流束ｑ（Ｗ
／ｃｍ” ）との関係から求められた沸騰冷却曲線であ
る。この第２図に示される曲線から理解できるように、
導体５０発熱量が多くなると導体ｌの壁面と液体ヘリウ
ム１との温度差ＪＴが徐々に大きくなり、したがって冷
却量ｑ（Ｗ２Ｏ３” ）も大きくなる。ところが発熱
量が多くなると冷却作用が核沸騰状態から膜沸騰状ｗ！
ＡＫ移るため、温度差ΔＴを小さく保持して冷却す１に
Ｆｉ＠度がある。
ると第２図の如き曲線となる。これは、第３図の実験模
式図に基づき得られたものであシー液体ヘリウム１中に
超電導４体５を浸漬し、液体へリクム１と導体５の冷却
面との間において、液体ヘリクム１と導体ｌ壁面とのｍ
度差ΔＴ＝ＴムＴｍ（但しＴムは導体１の温度、ＴＩは
液体ヘリウム１の温［）と、導体壁の冷却熱流束ｑ（Ｗ
／ｃｍ” ）との関係から求められた沸騰冷却曲線であ
る。この第２図に示される曲線から理解できるように、
導体５０発熱量が多くなると導体ｌの壁面と液体ヘリウ
ム１との温度差ＪＴが徐々に大きくなり、したがって冷
却量ｑ（Ｗ２Ｏ３” ）も大きくなる。ところが発熱
量が多くなると冷却作用が核沸騰状態から膜沸騰状ｗ！
ＡＫ移るため、温度差ΔＴを小さく保持して冷却す１に
Ｆｉ＠度がある。
この冷却量は限界熱流束ｑ、、８として第２図Ａ点に示
され、これ以上の熱を除去しようとすると、ｍ度差７Ｔ
≧８Ｋに相当するＢ点に転位し、導体５の温度も急激に
上昇する。この現象は一般の液体の沸騰状態でも発生し
、パーンアウトと呼ばれる。
され、これ以上の熱を除去しようとすると、ｍ度差７Ｔ
≧８Ｋに相当するＢ点に転位し、導体５の温度も急激に
上昇する。この現象は一般の液体の沸騰状態でも発生し
、パーンアウトと呼ばれる。
このようなことから、従来の浸漬冷却方法によシ超電導
コイル３を冷却する場合には、大塵核融合装置に用ｉら
れ大きな発熱量を発生する超電導コイル３に対し、その
発熱量を除去できず、超電導が破壊されてしまう。例え
ば、ＮｂＴｉからなる超電導４体からな−るコイルでは
、その臨界温度が５テスラ程度で７にであるため、温度
差ΔＴが高くなることによシ臨界温度を超えてしまい、
常電導状態となってしまう。これは通常クエンチと呼ば
れ、導体はジュール発熱し、液体ヘリウム１を急激に蒸
発させ、超電導コイル３や容器２を破壊させるような圧
力上昇を起こすものである。
コイル３を冷却する場合には、大塵核融合装置に用ｉら
れ大きな発熱量を発生する超電導コイル３に対し、その
発熱量を除去できず、超電導が破壊されてしまう。例え
ば、ＮｂＴｉからなる超電導４体からな−るコイルでは
、その臨界温度が５テスラ程度で７にであるため、温度
差ΔＴが高くなることによシ臨界温度を超えてしまい、
常電導状態となってしまう。これは通常クエンチと呼ば
れ、導体はジュール発熱し、液体ヘリウム１を急激に蒸
発させ、超電導コイル３や容器２を破壊させるような圧
力上昇を起こすものである。
本発明は上記従来の問題点に着目し、大電流パルス大証
超電導コイルでもクエンチのおそれがなく高い冷却性能
を発揮することのできる超電導コイルの冷却方法、およ
び装置を提供することを目的とする。
超電導コイルでもクエンチのおそれがなく高い冷却性能
を発揮することのできる超電導コイルの冷却方法、およ
び装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する九めに、本発明は、液化冷凍装置の
冷媒流路途中に配置された超電導コイルに対し、その超
電導コイルの時間的に変化する発熱に対応して冷媒流量
を変化させながら強制的に流通供給させるように冷却方
法を構成し、１７ｔ、この方法を実施するための冷却装
置として、液化冷凍装置の冷媒流路に超電導コイルを配
設するとともにコイルの一部、ｔ＋は全体にコイル冷却
用冷媒流路を形成し、かつ、このコイル冷却用冷媒流路
と液化冷凍装置との間に流量制御機構を備えた構成をと
り、これらによシ、超電導コイルのパルス的発熱パター
ンに対応して強制的に冷媒をコイルに供給し、最適流量
に制御することができるので、急激かつ多大の発熱量を
充分冷却することが可能となシ、コイルのクエンチを防
止することができる。゛ 以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。
冷媒流路途中に配置された超電導コイルに対し、その超
電導コイルの時間的に変化する発熱に対応して冷媒流量
を変化させながら強制的に流通供給させるように冷却方
法を構成し、１７ｔ、この方法を実施するための冷却装
置として、液化冷凍装置の冷媒流路に超電導コイルを配
設するとともにコイルの一部、ｔ＋は全体にコイル冷却
用冷媒流路を形成し、かつ、このコイル冷却用冷媒流路
と液化冷凍装置との間に流量制御機構を備えた構成をと
り、これらによシ、超電導コイルのパルス的発熱パター
ンに対応して強制的に冷媒をコイルに供給し、最適流量
に制御することができるので、急激かつ多大の発熱量を
充分冷却することが可能となシ、コイルのクエンチを防
止することができる。゛ 以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。
第４図に本実施例に係る超電導コイルの冷却装置の系統
図を示す。冷却対象である超電導コイルは大型核融合装
置に用いられるパルスボロイダル磁場コイルであシ、通
電が断続的に行われることによシその発熱がパルス的パ
ターンとなるものである、斯かる超電導コイル３は、ヘ
リウムの液化冷凍装置４に冷媒流路６を介して冷却回路
を形成するように接続され、液化冷凍装置４で液化され
た超臨界ヘリウムを流通し得るように、その一部または
全体に冷却用冷媒流路７を形成している。
図を示す。冷却対象である超電導コイルは大型核融合装
置に用いられるパルスボロイダル磁場コイルであシ、通
電が断続的に行われることによシその発熱がパルス的パ
ターンとなるものである、斯かる超電導コイル３は、ヘ
リウムの液化冷凍装置４に冷媒流路６を介して冷却回路
を形成するように接続され、液化冷凍装置４で液化され
た超臨界ヘリウムを流通し得るように、その一部または
全体に冷却用冷媒流路７を形成している。
したがって、液化冷凍装置４で得られた超臨界ヘリウム
は、冷媒流路６から超電導コイル３に導かれ、コイル冷
却用冷媒流路７を流通する際に発熱を除去し、再び冷媒
流路６を経て液化冷凍装置４に戻されるものである。
は、冷媒流路６から超電導コイル３に導かれ、コイル冷
却用冷媒流路７を流通する際に発熱を除去し、再び冷媒
流路６を経て液化冷凍装置４に戻されるものである。
また、超電導コイル３の冷却用冷媒流路７と液化冷凍装
置４との間であって、コイル冷却用冷媒流路７の上流側
には、パルス的発熱パターンに応じて超臨界ヘリウムの
流量を制御する流量制御機構が設けられている。これは
、図に示されるように、冷媒流路６に設けられ液化冷凍
装置４で得られた超臨界ヘリウムを一時、蓄積するアキ
ュムレータ８と、このアキヱムＶ−夕８と超電導コイル
３間の冷媒流路６に介鋏され次流量調節弁９、および、
この流量調節弁９の１４度を設定する流量設定６１０と
から構成される。仁のような流量制御機構を介在するこ
とによシ、超電導コイル３０発熱パターンに応じて必要
充分なだけコイル冷却用冷媒流路７に超臨界ヘリウムを
流通供給させることができる。すなわち、超電導コイル
３の発熱パターンは予峠設定された条件から定まるため
、流量設定器１０によシそのパターンに応じて流量調節
弁９に指令を与えるように、開度１時期を決定しておけ
ばよｉ、また、この際、・超電導コイル３の発熱状態を
知るために温度セン？１１を設け、このセン？１１から
の信号を流量設定器１Ｇに入力させるようにしてもよい
。
置４との間であって、コイル冷却用冷媒流路７の上流側
には、パルス的発熱パターンに応じて超臨界ヘリウムの
流量を制御する流量制御機構が設けられている。これは
、図に示されるように、冷媒流路６に設けられ液化冷凍
装置４で得られた超臨界ヘリウムを一時、蓄積するアキ
ュムレータ８と、このアキヱムＶ−夕８と超電導コイル
３間の冷媒流路６に介鋏され次流量調節弁９、および、
この流量調節弁９の１４度を設定する流量設定６１０と
から構成される。仁のような流量制御機構を介在するこ
とによシ、超電導コイル３０発熱パターンに応じて必要
充分なだけコイル冷却用冷媒流路７に超臨界ヘリウムを
流通供給させることができる。すなわち、超電導コイル
３の発熱パターンは予峠設定された条件から定まるため
、流量設定器１０によシそのパターンに応じて流量調節
弁９に指令を与えるように、開度１時期を決定しておけ
ばよｉ、また、この際、・超電導コイル３の発熱状態を
知るために温度セン？１１を設け、このセン？１１から
の信号を流量設定器１Ｇに入力させるようにしてもよい
。
このように構成された冷却装置にょシ超電導コイル３を
冷却する方法は次のようになされる。すなわち、パルス
的発熱パターンを生じる超電導コイル３に対し、その発
熱パターンに対応して流量調節弁９を開かせ、発熱量に
応じた超臨界ヘリウムをコイル冷却用冷媒流路７に供給
流通させるものである。ここで、第５図（麿）に示され
るように超電導コイル３の発熱量（ターンが決定されて
込たとすると、その発熱時間０〜５秒、３００〜３０５
秒、・・・・・・・・・Ｋ対応し、第５図咎）の如く流
量調節弁９を時間的余裕をもって発熱時間領域を包含す
る時間領域−３〜８秒、２９７〜３０８秒、・・・・・
・・・・の間のみ多量の超臨界ヘリウムをパルス的に流
通させ冷却させるものである。
冷却する方法は次のようになされる。すなわち、パルス
的発熱パターンを生じる超電導コイル３に対し、その発
熱パターンに対応して流量調節弁９を開かせ、発熱量に
応じた超臨界ヘリウムをコイル冷却用冷媒流路７に供給
流通させるものである。ここで、第５図（麿）に示され
るように超電導コイル３の発熱量（ターンが決定されて
込たとすると、その発熱時間０〜５秒、３００〜３０５
秒、・・・・・・・・・Ｋ対応し、第５図咎）の如く流
量調節弁９を時間的余裕をもって発熱時間領域を包含す
る時間領域−３〜８秒、２９７〜３０８秒、・・・・・
・・・・の間のみ多量の超臨界ヘリウムをパルス的に流
通させ冷却させるものである。
このように本案−例によれば、超電導コイル３の発熱パ
ターンに合せて、必要充分逐冷媒を強制的に流通供給さ
せるので、浸漬冷却方式における如き発熱量を除去でき
ないような事態は生じない。
ターンに合せて、必要充分逐冷媒を強制的に流通供給さ
せるので、浸漬冷却方式における如き発熱量を除去でき
ないような事態は生じない。
しかも発熱時のみ液体ヘリウムを供給するので高コスト
の液化冷凍装置を大盤としなくてもよく設備面での利益
がある。また、特に温度センサ１１を設けるとともにア
キュムレータ８を設置しているため、突発的な発熱に対
しても充分対処でき、コイルのクエンチを確実に防止で
きる。
の液化冷凍装置を大盤としなくてもよく設備面での利益
がある。また、特に温度センサ１１を設けるとともにア
キュムレータ８を設置しているため、突発的な発熱に対
しても充分対処でき、コイルのクエンチを確実に防止で
きる。
以上説明したように、本発明によれば、大微核融合装置
に適用される大電流パルス超電導コイルに対し、多大な
発熱量を充分冷却除去することができ、クエンチおよび
コイル破壊を防止できるという効果を奏する。
に適用される大電流パルス超電導コイルに対し、多大な
発熱量を充分冷却除去することができ、クエンチおよび
コイル破壊を防止できるという効果を奏する。
第１図は従来の浸漬冷却装置の概念図、第２図は浸漬冷
却による冷却特性線図、第３図は同実験模式図、第４図
は本実施例の冷却装置の概念系統図、第５図は本実施例
の冷却方法のタイムチャート図である。
却による冷却特性線図、第３図は同実験模式図、第４図
は本実施例の冷却装置の概念系統図、第５図は本実施例
の冷却方法のタイムチャート図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、通電を断続させることにより発熱量が時間的に変化
する起電導コイルを冷却する方法において、液化冷凍装
置からの冷媒流路に前記超電導コイルを配設し、超電導
コイルの発熱パターンに対応して冷媒流量を変化させつ
つ超電導コイルの冷却用冷媒流路に冷媒を流通供給させ
ることを特徴とする超電導コイルの冷却方法。 ２、通電を断続させることＫよシ発熱量が時間的に変化
する超電導コイルを冷却する装置において、液化冷凍装
置からの冷媒流路に前記超電導コイルを配設し、この超
電導コイルの一部または全体にコイル冷却用冷媒流路を
形成し、かり癲鋏コイルの冷却用冷媒流路と液化冷凍装
置との関に超電導コイルの発熱パターンに対応した冷媒
流量を流通供給する流量制御機構を備えたことを特徴と
する超電導コイルの冷却装置。 ３、特許請求の範囲＃Ｉ２項記載の超電導コイルの冷却
装置（お−で、前記流量制御機構は冷媒を蓄積するアキ
ュムレータ、コイルへの冷媒供給量を調節する流量調節
弁、この流量調節弁の開度を設定する流量設定器から形
成されていることを特徴とする超電導コイルの冷却装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57059681A JPS58176904A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | 超電導コイルの冷却方法、および冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57059681A JPS58176904A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | 超電導コイルの冷却方法、および冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58176904A true JPS58176904A (ja) | 1983-10-17 |
Family
ID=13120182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57059681A Pending JPS58176904A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | 超電導コイルの冷却方法、および冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58176904A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6262570A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Hitachi Ltd | 超電導装置の運転制御方法 |
| JPH01149407A (ja) * | 1987-12-07 | 1989-06-12 | Hitachi Ltd | 超電導コイルの冷却方法、及び超電導装置 |
-
1982
- 1982-04-12 JP JP57059681A patent/JPS58176904A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6262570A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Hitachi Ltd | 超電導装置の運転制御方法 |
| JPH01149407A (ja) * | 1987-12-07 | 1989-06-12 | Hitachi Ltd | 超電導コイルの冷却方法、及び超電導装置 |
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