JPS60189206A - 超電導コイル装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、エネルギーの貯蔵および放出を目的とする
超電導コイル装置、特にその応答性の向上および維持費
の低減を図った超電導コイル装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来のこの種の装置とし【、第１図に示すものがあった
。図において、（１）は超電導コイル、（，２）は超電
導コイル（１）と閉回路を構成する永久電流スイッチ、
（３）は超′ル導コイル（１）および永久電流スイッチ
（コ）を収納し、超電導状態にするためにこれらを極低
温（通常は液体ヘリウム温度ｔｉ、　Ｑ”　Ｋ伺近）に
保つための匝低嵩容器、（ｆ）はこの極低温容器（３）
を貫通して、極低温部にある超電導コイル（１）に常温
部から電流を供給する電流供給端子、（Ｓ）は父直−直
交変換器（以下変換器とする）　、（４１は超電導コイ
ル（１）に超電導破壊（クエンチ）が発生した時のため
に超電導コイル（／ｌおよび永久電流スイッチ（λ）に
並列に接続されて超電導コイル（１）内のエネルギーを
常温部に回収する保護抵抗、そして（７）は変換器（勾
が接続されている交流電力系統母線である。

次に動作について説明する。交流電力系統母線（７）か
らの交流電流を変換器（４）によって直流電流に変換し
、この直流電流によって超電導コイル（１）を励磁する
と、超’ｎ（ｉ、％コイル（１）には電磁エネルギーが
貯Ｍ（’＆＆）される。一方、超電導コイル（１）に流
れている直流電１１ｉｕを変換器（ｊ）により又部電流
に変換すると、超電導コイル（１）に貯蔵きれていた電
磁エネルギーが放出される。超電導コイル装置をこのよ
うに運転する電磁エネルギーの貯蔵および放出の周期は
、装置により短かいものはθ／秒台、長いものは数時間
にもなる。短かいものは、系統に電力潮流動揺が生じた
時のダ；／パとして使用されるものであり、また長いも
のは揚水発電所の代わりに電力の日変動を吸収するのに
使用されるものである。長い周期の嚇合は、第１図にお
いて極低温部内の永久電流スイッチ（，２）を閉じ、超
電導コイル（１）および永久電流スイッチ（，２）で閉
回路を構成して超電導コイル（１）に漬れる電流を永久
電流化し、発熱損失をなくすようにすることもある。

また、第３図には超電、導コイル（１）の運転の１周期
の電流、Ｗ圧および電力の特性が示されている。

第２図にオでマいて、■ｃは超・電導コイル／に流れる
コイル宿、流、ＶＣは超電導コイル（１）の両端子間の
電圧、そしてＰが超電導コイル（１）に貯蔵・放出され
る電力のＷ本グφ量を示している。また、ｔｏは超電導
コイル（１）を励磁してエネルギーを貯蔵し始める時点
、ｔｚは超電導コイル（１）がエネルギーの貯蔵を完了
しかつ今度はエネルギーの放出を始めた時点、そしてｔ
λがエネルギーの放出を完了した時点を示し【いる。

従来のこの種の超電導コイル装置は以上のように構成さ
れていた。超電導コイルの大きさは必要とする最大貯蔵
エネルギー量で決ってしまうので、このような装置にお
いては超電導コイルを最大定格で使用しない期間が続く
場合でも、超電導コイルを冷却保持しておくための、貯
蔵エネルギー量にはあまり影響されないほぼ一定の電力
が必要であるという欠点があった。また、大定格エネル
ギー用超電導コイルでは必然的にコイルインダクタンス
が大きなってしまい、従って第３図に示したコイル電流
Ｉｃの立上り速度が遅く、ひいては超電導コイルが貯蔵
或いは放出する電力Ｐの立上り速度が遅（、応答性が悪
いという欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来の超電導コイル装置の欠点
を除去するためになされたもので、超電導コイルを、機
械的又は物理的に分けられた複数のコイル部分で構成し
、これらのコイル部分を順次直列に接続しながら励磁運
転をおこなうことにより装置の応答性を向上させ、さら
に極低温容器も各コイル部分ごとに個別に収納する複数
の容器部分で構成し、各コイル部分ごとに冷却可能にし
たことで、電磁エネルギー貯蔵維持費用（ランニングコ
スト）を低減させた超電導コイル装置を提供するもので
ある。

〔発明の実施例〕

第３図はこの発明の一実施例を示している。図において
、（１）は超電導コイル、（コａ）、（２ｂ）および（
２ｃ）は永久電流スイッチ、３は極低温容器、（ｐａ）
、（ｐｂ）、（ａｃ）および（ｐａ）は電流供給端子、
＜ｓ）は変換器、（６ａ）および（６ｂ）は保護抵抗、
（７）は交流電力系統母線、そして（ｆｆａ）ないしく
ｆｆｄ）は第１スイツチ、（９ａ）ないしく９ｃ）は第
１スイツチである。超電導コイル（１）は接続点（ａ）
および（ｂ）によって３つのコイル部分（（へ）、　（
ｚｂ　）および（ＩＣ）に機能的分けられており、超電
導コイル（１）の一端と接続点（ａ）の間が最初に励磁
される初段の超電導コイルに当るコイル部分（ｌａ）で
あり、以下、接続点（ａ）と接続点（ｂ）の間が次に励
磁されるコイル部分（ｌｂ）、そしてｍ（ｂ）と超電導
コイル（１）の他端の間がその次に励磁されるコイル部
分（ＩＣ）となっている。また、この超電導コイル（１
）の一端と接続点（ａ）の間にはコイル部分（ｌａ）と
並列に永久電流スイッチ（コａ）が接続されており、同
様に接続点（ａ）と接続点（ｂ）の間にはコイル部分（
ｌｂ）と並列に永久電流スイッチ（、ｚｂ）が、そして
接続点（ｂ）と超電導コイル（１）の他端の間にはコイ
ル部分（ＩＣ）と並列に永久電流スイッチ（コＣ）が接
続されている。さらに、超電導コイル（１）の一端は第
１スイツチ（ｆａ）を介して電流供給端子（４！ａ）へ
接続されており、同様に接続点（ａ）は第１スイツチ（
ｒｂ）を介して電流供給端子（ｐｂ）へ、接続点（ｂ）
は第１スイツチ（ｒｅ）を介して電流供給端子（ｐｃ）
へ、そして超電導コイル（１）の他端は第１スイツチ（
ｔａ）を介して電流供給端子（ｐａ）へ接続されている
。

極低温容器（３）は、超電導コイル（１）従ってコイル
部分（Ｚａ）〜（ＩＣ）、永久電流スイッチ（２ａ）〜
（２Ｃ）および第１スイツチ（ｔ　ａ、　）〜（ｒａ）
を収納し、超電導状態にするためにこれらを極低温状態
に保つ。電流供給端子（ｐａ）の常温部側は変換器（り
の一端に接続されており、電流供給端子（ｐｂ　）　、
（１Ｉｃ）および（＜＜ａ）の常温部側はそれぞれ第コ
スイッチ（りａ）、（？ｂ）および（９Ｃ）を介して変
換器ｆ＆）の他端に接続されている。また、電流供給端
子（ｐｂ）と（ｐｃ）の間には保護抵抗（６ａ）が、そ
して電流供給端子（ＶＣ）と（ｐａ）の間には保護抵抗
（６ｂ）が接続されている。尚、変換器＜ｓ）は交流電
力系統母線（７）Ｋ接続されている。

次に動作について説明する。第１スイツチ（ｔａ）〜（
ｒａ）を閉じた状態でまず初めに第２スイツチ（９ａ）
を閉じ、第２スイツチ（９ｂ）と（９Ｃ）を開いておく
。すると、コイル部分（ｔ　ａ　）　Ｋ　Ｎ、流が流れ
る。コイル許容最大電流に達したところで、第コスイッ
チ（りＣ）を閉じて第λスイッチ（９ｂ）を開くと、コ
イル部分（ｌａ）および（ｌｂ）を流れていた電流が短
期間保護抵抗（６ｂ）を流れた後、コイル部分（ＩＣ）
に流れ込む。以上のように順次コイル部分（Ｚａ）ない
しくＩＣ）を接続していくことにより、初めの期間は小
さいインダクタンスとなるため、第２図に示したコイル
電流Ｉｃの立上り時間ひいては超電導コイルの貯蔵或い
は放出電力Ｐの立上り時間が短かくなり、応答性が良く
なる。

尚、第１スイツチ（Ｊａ）〜（ｒａ）は、各コイル部分
（ｌａ）〜（ＩＣ）の使用見込みが当分無い時、開いて
おくことにより、コイル部分および永久電流スイッチを
交換器従って交流電力系統母線から引き離して熱負荷を
低減させるためのものである。

また、長い時間エネルギーを貯蔵するには、各コイル部
分（／ｌ！Ｌ）〜（ＩＣ）に流れる電流を永久電流化す
るために、永久電流スイッチ（コａ）〜（コＣ）の該当
するものを閉じればよい。

この発明のもう１つの実施例が第Ｖ図に示されている。

第Ｖ図において、（ｚａ）、（ｚｂ）および（ＩＣ）は
第３図の超電導コイル（１）を物理的に分けかつ第３図
のコイル部分（ｌａ）〜（ＩＣ）にあたるものであり、
（３）は極低温容器であって３つの容器部分（Ｊａ）、
（Ｊｂ）および（３Ｃ）に分けられており、（９Ｑ）お
よび（弘ｆ）も［流供給端子であり、そして（ｆｆｅ）
および（ｒｆ）も第１スイツチである。

コイル部分（ｌｂ）は第３図の実施例と違ってその下端
が第１スイツチ（＃ｅ）を介して電流供給端子（ｐｅ）
に接続され”〔おり、その常温部側が電流供給端子（＜
ｚｂ）のやはり常温部側に接続されている。

同様にコイル部分（ＩＣ）はその下端が第１スイツチ（
ｒｆ）を介して電流供給端子（ｐｆ）に接続され℃おり
、その常温部側が電流供給端子（ｐｃ）のやはり常温部
側に接続されている。これ以外は第３図の実施例と全く
同じである。

動作の要領は第３図の実施例と同様であり、第１スイツ
チ（ｇ　ａ）−（ざｆ）を閉′じた状態で、まず初めに
第２スイツチ（デａ）を閉じて第λスイッチ（９ｂ）と
（９Ｃ）を開いておく。すると、コイル部分（／、）に
電流が流れ、コイル許容最大電流に達したところで、第
コスイッチ（９ｂ）を閉じて第コスイッチ（デａ）を開
くと、コイル部分（Ｚａ）を流れていた電流が短時間、
保護抵抗（６ａ）を流れた後コイル部分（ｌｂ）に流れ
込む。さらに、電流が増え°（コイル許容最大電流に達
した時、同様にして第コスイッチ（９ｂ）、（９ｃ）を
操作する。さらＫこの実施例では、寵温容器（３）を容
器部分（３ａ）〜（３ｃ）に分割したので、超電導コイ
ル装置が最大蔵格を下まわる状態で長期間使用されるこ
とが見込まれる時は、例えば容器部分（３ｂ）および（
ｊｃ）の冷却保持をやめて常温とすれば、その分の冷却
維持電力費（ランニングコス４）が低減できる。

尚、上記実施例ではエネルギー貯蔵および放出用超電導
コイルについて説明したが、核融合装置用ボロイダルコ
イルにおいて実施しても同様な効果が得られる。さらに
、上記実施例では超電導コイルおよび極低温容器を３つ
に分けたものについて説明したが、幾つに分けるかはこ
れに限られるものではない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、超電導コイルを機械的
又は物理的に分けられた複数のコイル部分で構成し、こ
れらのコイル部分を順次直列に接続しながら励磁運転を
おこなうことにより装置の応答性が良くなり、さらに極
低温容器も各コイル部分ととに個別に収納する複数の容
器部分で構成し、各コイル部分ごとに冷却可能にしたこ
とで、電磁エネルギー貯蔵維持費用（ランニングコスト
）を低減させた超電導コイル装置を提供で會るという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第７図は従来の超電導コイル装置の概略図、第２図は超
電導コイルの電流、電圧および電力特性図、第３図はこ
の発明による超電導コイル装置の（１）：超電導コイル
、（／ＰＬ）と（ｌｂ）と（／Ｃ）；コイル部分、（３
）；極低温容器、（３ａ）と（３ｂ）と（３ｃ）；容器
部分、（ｐａ）と（４１ｂ）と（ｐｃ）と（ダｄ）と（
φｅ）と（ダｆ）；電流供給端子、（Ｓ）；交直−直交
変換器、（６ａ）と（Ａｂ）；捕獲抵抗、（７）；交流
電力系統母線、（ざａ）と（ｒｂ）と（ｒｃ）と（ざｄ
）と（ざｅ）と（ざｆ）；第１スイツチ、（？ａ）と（
９ｂ）と（りｃ）；第１スイツチ。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 幣１図 解２図 幣３図 焔４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １つの超電導コイルまたはポロイダルコイルを機能的ま
   たは物理的に分けた複数のコイル部分と、各コイル部分
   の両端に前記各コイル部分と直列に接続された複数個の
   第１スイツチと、前記各コイル部分の一端に前記各コイ
   ル部分と直列に前記第１スイツチを介して接続された複
   数個の第１スイツチと、前記各コイル部分および前記第
   １スイツチを一体または個別に収容する極低温容器とを
   備え、前記複数個の第２スイツチを逐次開閉するととに
   より前記コイル部分の直列接続数を増加させることを特
   徴とする超電導コイル装置。