JPS6049269B2 - トロイダル磁場コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトーラス型核融合装置を構成するトーラス型真
空容器に所定間隔で取付けられるトロイダル磁場コイル
に係り、特にその冷却構造の改良に関する。

第１図および第２図は従来一般のトーラス型核融合装置
の構造を示すものである。

図において、円盤状の下ベース１の中心には円柱からな
る中心支柱２が立設されるとともに、周縁には所定間隔
をおいて複数本の角形支柱３が立設されている。これら
の支柱２、３上には前記下ベース１と同形の上ベース４
が載置固定されている。これらの下ベース１と上ベース
４との間には断面円形のパイプを平面からみて、円環状
になるようにしで形成されたトーラス型真空容器５が配
置され、このトーラス型真空容器５の外周部は平面Ｙ字
型の真空容器支持アーム６により前記角形支柱３に支持
されている。また、この真空容器５内にはプラズマ７が
収納されている。前記トーラス型真空容器５の周囲には
該真空容器５を囲繞するように複数個のトロイダル磁場
コイル８が真空容器５のトロイダル方向すなわち第２図
中矢印Ａで示す方向に等間隔で配置され、中心支柱２の
外周を基準として下ベース１およ上ベース４に取付けら
れている。さらに、真空容器５の内周に沿つてトロイダ
ル方・向に円環とされたポロイダル磁場コイル９が配さ
れ、このポロイグル磁場コイル９により前記プラズマ７
が制御されるようになつている。このような構成の核融
合装置において、各コイル８、９は大きな磁場を発生し
なければならず、フこれにともない各コイル８、９に流
される電流は大きくなり、コイル８、９の温度上昇およ
びコイル８、９の受ける電磁力などが大きくな一つてい
る。

特に、トロイダル磁場コイル８は大電流を流し、かつコ
イル断面形状がコイル単体の全周にわ夕たつて一様でな
いため、温度上昇にともなう熱変形も一様でなくなる。
すなわち、トロイダル磁場コイル８の温度漁具は、断面
積の小さなトーラス中心側で大きく、断面積の大きな反
トーラス中心側で小となる。従つて温度上昇を一定に保
つために従来は、第３，４図に示すように、うず巻き状
態に巻かれたコイル導体１０の１ターンもしくはそれ以
上のターンにわたつて一周するような冷却管１１を設け
て冷却している。これらの冷却管１１の一端部にはそれ
ぞれ給水管１２を介して給水マニホールド１３が取付け
られ、他端には排水管１４を介して排水マニホールド１
５が取付けられている。この際、給水マニホールド１３
と排水マニホールド１５との取付け位置はスペースの制
約からトーラス中心側には取付けられない場合がある。
このため、給水マニホールド１３と排水マニホールド１
５とは、厚みの厚いすなわち温度上昇の少ない真空容器
５の反トーラス中心側に設けられ、導体の厚みの厚い（
温度上昇の少ない）側から給水し、導体厚みの薄い（温
度上昇の大きい）側をへて、導体厚みの厚い側から再び
排水されるようになつている。このため、温度上昇の少
ない所で過冷され、温度上昇の大きい所で充分な冷却が
行なわれるない。これにより、トロイダル磁場コイル８
が局部的熱変形を生じ、所定の形状を保つことができず
、トロイダル磁場コイル８の不整磁場発生の原因ともな
り、磁場の精度を要求される核融合装置には望ましくな
いものである。ことに、トロイダル磁場コイル８が大き
くなればなる程この問題が重要となつてきた。なお、第
３，４図中符号１６，１７は前記コイル導体１０の内外
の各端部にそれぞれ接続された！ターミナルを示し、符
号１８はうずまき状コイル導体１０の始端および終端部
における段差を埋めるためのスペーサを示す。

本発明の目的は、コイル導体の局部的熱変形をなくし、
磁楊精度の高いトロイダル磁場コイルを３提供するにあ
る。本発明は、コイル導体を冷却する冷却回路を、トー
ラス型真空容器のトーラス中心側と反トーラス中心側と
に分割して、別々の冷却回路により冷却するとともに、
コイル導体のトーラス中心側と４反トーラス中心側との
冷却状態を検出し、各冷却回路の冷媒流量を調節するこ
とにより、前記目的を達成しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を第５図に基づいて説明する。

ここにおいて前記従来例と同一もしくは相当構成部分は
同一もしくは相当符号を用いるものとする。トロイダル
磁場コイル８のコイル導体（図示せ７ず）に設けられる
冷却管は二系統に分けられている。

すなわち、トロイダル磁場コイル８のコイル断面積が小
さい真空容器のトーラス中心側にはその上端からその下
端部にわたつてほぼ半円状の冷却管１１Ａが設けられる
ものとともに、コイル断θ面積の大きい真空容器の反ト
ーラス中心側にも冷却管１１Ｂが上端から下端にわたつ
てほぼ半周設けられている。前記トーラス中心側の冷却
管１１Ａの上端部には給水管１２Ａを介して給水マニホ
ールド１３Ａ５が接続され、この給水マニホールド１３
Ａの途中には電磁弁からなる給水弁１９Ａが設けられて
いる。

また、この冷却管１１Ａの下端には排水管１４Ａを介し
て排水マニホールド１５が接続され、前記給水マニホー
ルド１３Ａから供給される冷却ノ水を排出できるように
されている。一方、反トーラス中心側の冷却管１１Ｂの
上端部には給水管１２Ｂを介して給水マニホールド１３
Ｂが接続され、この給水マニホールド１３Ｂの途中には
電磁弁からなる給水弁１９Ｂが設けられている。

また、この冷却管１１Ｂの下端は、排水管１４Ｂを介し
て前記排水管１４Ａが接続された排水マニホールド１５
に接続されている。前記トロイダル磁場コイル８の内周
には、真空容器のトーラス中心側と反トーラス中心側と
にそれぞれ変位検出器２０，２１が設けられ、トロイダ
ル磁場コイル８の状態量の１つである各部の変位を測定
できるようになつている。これらの変位検出器２０，２
１はそれぞれ変位測定部２２に接続され、この変位測定
部２２は制御部である弁動作指令部２３に接続され、さ
らにこの弁動作指令部２３はそれぞれ前記給水弁１９Ａ
，１９Ｂに接続されている。これによりトーラス中心側
の変位検出器２０からの信号は変位測定部２２および弁
動作指令部２３をへて給水弁１９Ａに伝達され、該給水
弁１９Ａの開度を調整するようにされ、一方反トーラス
中心側の変位検出器２１からの信号は変位測定部２２お
よび弁動作指令部２３をへて給水弁１９Ｂに伝達され、
該給水弁１９Ｂの開度を調整するようになされている。
なお、図中符号１６および１７はコイル導体１０の内端
および外端にそれぞれ接続されるターミナルを示す。

次に本実施例の作用につき説明する。

トロイダル磁場コイル８にターミナル１６，１７を介し
て通電すると、導体断面積の小さなトーラス中心側て温
度上昇が大きく、断面積の大きな反トーラス中心側では
温度上昇は比較的少ない。

これにより、トーラス中心側のコイルが伸長しようとす
るが、トーラス中心側は中心支柱２で押えられているた
め、トロイダル磁場コイル８はは反トーラス中心側に変
形しようとする。この変形は変位検出器２０，２１によ
り検知され、それぞれの変位信号が変位測定部２２に伝
えられる。ここで、それぞれの変位信号の差を検出し、
許容変形差以上になると変形の大きい方に変形に比例し
た分だけ冷却するように、弁動作指令部２３に信号が伝
えられる。これにより、変形の大きい側の給水弁１９Ａ
あるいは１９Ｂが開かれ、この部分の冷却が促進される
。このようにして変位差が許容限度以内になるようにさ
れ、トロイダル磁場コイル８の熱による形状変形を極力
押えるようにされる。上述の本実施例によれば、トロイ
ダル磁場コイル８の各部分の発熱量に対応して発生する
変形量に応じて当該部分を冷却することができるため、
トロイダル磁場コイル８の発熱による変形を有効に防止
できる。

また、発熱量の多い方をより冷却するととなり、従来の
冷却構造に比べ同一量の冷却水を用いたとしても、冷却
効率を向上させることがてきる。さらに、有効な冷却に
より形状変形を防止できるから、真空容器内に形成され
るプラズマの変形を生じさせることがなく、プラズマを
安定な状態に保持できる。さらに、冷却管１１Ａ，１１
Ｂの長さが従来の半分となるため、送水抵抗が減少して
送水用のポンプの容量を低減でき、トーラス型核融合装
置の建設時に用するイニシアルコストおよび使用時のラ
ンニングコストを低減できる。なお、実施にあたり、変
位検出器２０，２１の代りに温度検出器を用い、この温
度検出器からの信号により給水弁１９Ａ，１９Ｂの開度
を制御するようにしても良く、さらに温度以外の他の状
態量を検出して制御しても良い。

また、冷却系統は前記実施例のように二系統のものに限
らず三系統以上に分割しても良く、要するに発熱量の異
なる部分をそれぞれ独立に冷却制御できるようにすれば
良い。さらに、真空容器の断面形状は円形に限らずＤ型
等でも良く、これにともないトロイダル磁場コイル８の
形状も円形に限らずＤ型でも良い。また電磁弁からなる
給水弁１９Ａ，１９Ｂおよびこれらの給水弁１９Ａ，１
９Ｂを制御する変位検出器２０，２１等を含む制御回路
は必すしも設けずとも良く、予め設定した一定流量で冷
却管１１Ａ，１１Ｂを冷却するようにしても良い。上述
のように本発明によれば、トロイダル磁楊コイルを真空
容器のトーラス中心側と反トーラス中心側とに分けて冷
却し、その冷却状態を検出して冷媒流量を調節すること
により、コイル各部を適正に冷却でき、トロイダル磁場
コイルの変形を著しく少なくして、磁場精度を高めるこ
とがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般のトーラス型核融合装置の一部を切欠
いた正面図、第２図はその一部を切欠いた平面図、第３
図は第１図のトーラス型核融合装置に用いられるトロイ
ダル磁場コイルの一部を切欠いた平面図、第４図は第３
図のトロイダル磁場ノコイルの一部を切欠いた正面図、
第５図は本発明に係るトロイダル磁場コイルの一実施例
を示す概略正面図である。 ５・・・・・・トーラス型真空容器、８・・・・・・ト
ロイダル磁場コイル、９・・・・・・ポロイダル磁場コ
イル、１０５・・・・・コイル導体、１１Ａ，１１Ｂ・
・・・冷却管、１３Ａ，１３Ｂ・・・・・・給水マニホ
ールド、１５・・・・・・排水マニホールド、１９Ａ，
１９Ｂ・・・・・・給水弁、２０，２１・・・・・・変
位検出器、２２・・・・・・変位測定部、２３・・・・
・・弁動作指令部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トーラス型核融合装置を構成するトーラス型真空容
   器に、トロイダル方向に所定間隔を隔てて取付ける磁場
   コイルを形成するコイル導体と、このコイル導体に設け
   た冷却回路とを有するトロイダル磁場コイルにおいて、
   前記冷却回路を前記トーラス型真空容器のトーラス中心
   側を冷却する中心側冷却回路と反トーラス中心側を冷却
   する反中心側冷却回路とに分割するとともに、前記コイ
   ル導体の前記各冷却回路による冷却状態を検出する検出
   器と、この検出器の検出信号に基づき、前記各冷却回路
   の冷媒流量を調節する制御部とを設けたことを特徴とす
   るトロイダル磁場コイル。 ２ 前記冷却状態を検出する検出器は、変位検出器であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトロ
   イダル磁場コイル。