JPS606084B2 - magnetic field generator - Google Patents

magnetic field generator

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JPS606084B2
JPS606084B2 JP51113873A JP11387376A JPS606084B2 JP S606084 B2 JPS606084 B2 JP S606084B2 JP 51113873 A JP51113873 A JP 51113873A JP 11387376 A JP11387376 A JP 11387376A JP S606084 B2 JPS606084 B2 JP S606084B2
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JP
Japan
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coil
magnetic field
partial
coils
pancake
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JP51113873A
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JPS5338998A (en
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隆 佐藤
槐 西山
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超電導コイルを用いたェネルギ蓄積装置、
核融合炉等の大形磁界発生装置に関し、特にクェンチ発
生時の超電導コイルの保護、冷却媒体消費量の減少、再
励磁の簡便さを図った装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] This invention provides an energy storage device using a superconducting coil,
The present invention relates to large-scale magnetic field generating devices such as nuclear fusion reactors, and particularly to devices that protect superconducting coils when quench occurs, reduce cooling medium consumption, and simplify re-excitation.

ェネルギ蓄積装置や核融合炉の大形磁界発生装置には超
電導コイルが使用される。
Superconducting coils are used in energy storage devices and large magnetic field generators in fusion reactors.

これらの大形磁界発生装置が蓄積する磁気ェネルギはギ
ガ・ジュール(=1ぴジュール)以上の巨大なものであ
り、製造と運転において多くの工夫が要求される。第1
図は先行技術の大形磁界発生装置の回路図で、1は超電
導コイル、1−1〜1−nは超電導コイル1を構成する
要素である部分コイル、2一1〜2−nは部分コイルを
それぞれ励磁するための励磁電源、3一1〜3一nはス
イッチ、4−1〜4−nは保護抵抗で、部分コイル1−
1〜1−nはそれぞれ独立せる励磁系で励磁されるよう
に構成したものである。
The magnetic energy accumulated by these large magnetic field generators is enormous, exceeding giga joule (=1 pijoule), and many ingenuity is required in manufacturing and operation. 1st
The figure is a circuit diagram of a large-scale magnetic field generator according to the prior art, in which 1 is a superconducting coil, 1-1 to 1-n are partial coils that are components of the superconducting coil 1, and 2-1 to 2-n are partial coils. 3-1 to 3-n are switches, 4-1 to 4-n are protective resistors, and the partial coil 1-
1 to 1-n are configured to be excited by independent excitation systems.

ところで、超電導コイル1の運転中に一つの部分コイル
t例えば1−1、がクェンチ(元の超電導状態に復帰し
えない超電導破壊)することがある。
By the way, during the operation of the superconducting coil 1, one partial coil t, for example, 1-1, may be quenched (superconducting breakdown that cannot restore the original superconducting state).

第1図の先行技術の大形磁界発生装置においては、クェ
ンチした部分コイル1−1に接続されたスイッチ3−1
を開き、部分コイル1−1に蓄えられた磁気ェネルギの
大部分を急速に保護抵抗4−1に吸収させることができ
、一部の磁気ェネルギのみが冷却媒体中で消費されるの
で、部分コイル1一1の温度上昇は超電導線が損傷する
限界温度(40側以上)以下に抑えられるという利点を
もっている。この先行技術の大形磁界発生装置のもう一
つの利点は、一つの部分コイル1−1がクェンチして当
該部分コイルの電流が零になっても、他の部分コイル1
−2〜1一nにクェンチが伝播しないかぎり、他の部分
コイル1一2〜1−nは励磁されたままであり、若干の
磁界減少はあっても運転を継続することが可能なことで
ある。
In the prior art large magnetic field generator of FIG. 1, a switch 3-1 is connected to a quenched partial coil 1-1.
By opening the partial coil 1-1, most of the magnetic energy stored in the partial coil 1-1 can be rapidly absorbed by the protective resistor 4-1, and only a part of the magnetic energy is consumed in the cooling medium. It has the advantage that the temperature rise of 1-1 can be suppressed below the critical temperature (40 side or higher) at which the superconducting wire is damaged. Another advantage of this prior art large magnetic field generator is that even if one partial coil 1-1 quenches and the current in that partial coil becomes zero, the other partial coil 1-1
As long as the quench does not propagate to -2 to 1-n, the other partial coils 1-2 to 1-n remain excited, and it is possible to continue operation even if the magnetic field decreases slightly. .

第2図はさらに他の先行技術の大形磁界発生装置の回路
図で、これは個々の部分コイル1−1〜1−mの中点を
接地したものである。
FIG. 2 is a circuit diagram of yet another prior art large magnetic field generator in which the midpoints of the individual partial coils 1-1 to 1-m are grounded.

この場合では、部分コイルーー1〜1一mのプラス端子
とマイナス端子には、それぞれ、第1図における部分コ
イル1一1のクェンチ時に生ずる端子電圧の半分の電圧
が生ずるのでt コイルの絶縁防止がより容易になるこ
と、あるいは、部分コイル数mをn/2に減ずることが
できるという利点をもっている。先行技術である大形磁
界発生装置の構成要素である超電導コイル1は、例えば
第3図のパンケーキ形超電導コイルである。この超電導
コイル1は、超電導線5をターン間スベーサ7を介して
巻回したパンケーキコィルを複数個、層間スべ−サ8を
介して巻枠6内に積重ねて固定した構成を有し、超電導
線5はターン間・層間の両方ともターン間スベーサ7お
よび層間スベーキ8によって電気的に絶縁され、かつ層
間スベーサ8により、液体ヘリウムなどの冷作媒体が流
される間隙81が形成される。この間隙81は超電導線
5の表面に発生した冷却媒体の気泡を逃がすと共に、冷
却媒体を補給するための役割ももつ。第3図のパンケー
キ形超電導コイルにおいて、パンケーキコィル1−1−
1一3が大形磁界発生装置の部分コイルに対応している
In this case, a voltage that is half the terminal voltage that occurs when partial coils 1 to 1 are quenched in FIG. It has the advantage that it becomes easier or that the number m of partial coils can be reduced to n/2. A superconducting coil 1, which is a component of a large-scale magnetic field generator according to the prior art, is, for example, a pancake-shaped superconducting coil shown in FIG. This superconducting coil 1 has a structure in which a plurality of pancake coils in which a superconducting wire 5 is wound with an inter-turn spacer 7 interposed therebetween are stacked and fixed in a winding frame 6 via an inter-layer spacer 8. 5 is electrically insulated both between turns and between layers by an interturn spacer 7 and an interlayer spacer 8, and the interlayer spacer 8 forms a gap 81 through which a cooling medium such as liquid helium flows. This gap 81 not only allows air bubbles of the cooling medium generated on the surface of the superconducting wire 5 to escape, but also has the role of replenishing the cooling medium. In the pancake-shaped superconducting coil shown in Fig. 3, pancake coil 1-1-
1-3 correspond to partial coils of the large magnetic field generator.

個々のパンケーキコイル1−1〜1−3にはそれぞれ1
対の電流供給用リード線が付いており、個々のパンケー
キコィル1−1〜1−3は電気的に独立である。この従
来のパンケーキ形超電導コイルを先行技術の大形磁界発
生装置の超伝導コイル1として使用する場合の欠点につ
いて述べる。第3図のパンケーキ形超電導コイル1の一
つのパンケーキコイル1−2がクェンチした場合、当該
パンケ−キコィルの温度が冷却媒体、例えば液体ヘリウ
ム、の温度よりも上昇し、当該パンケ−キコィルに接し
ている冷却媒体は蒸発して気体になる。
1 for each pancake coil 1-1 to 1-3
Pairs of current supply lead wires are attached, and the individual pancake coils 1-1 to 1-3 are electrically independent. The disadvantages of using this conventional pancake-shaped superconducting coil as the superconducting coil 1 of the prior art large-scale magnetic field generator will be described. When one pancake coil 1-2 of the pancake-type superconducting coil 1 shown in FIG. The cooling medium in contact evaporates and becomes a gas.

蒸発した気体は周囲に時間と共に広がっていき、パンケ
ーキコイルーー2に隣接するパンケーキコィル1−1と
1−3は気体でおおわれ、冷却が不十分になるためパン
ケーキコイル1一1と1−3はクェンチしてしまうこと
が十分有り得る。このように、従来のパンケーキ形超電
導コイルを先行技術の大形磁界発生装置として使用する
場合には、クェンチするのが一つのパンケーキコイルに
とどまらず、他のパンケーキコイルにまで伝播し、冷却
媒体の消費がより多くなると共に全てのパンケーキコィ
ルの励磁が消滅するという欠点を有していた。
The evaporated gas spreads around the surrounding area over time, and pancake coils 1-1 and 1-3 adjacent to pancake coil-2 are covered with gas, and pancake coils 1-1 and 1-3 become insufficiently cooled. There is a good chance that it will quench. In this way, when a conventional pancake-shaped superconducting coil is used as a prior art large-scale magnetic field generator, the quenching is not limited to one pancake coil, but propagates to other pancake coils, It had the disadvantage that the cooling medium was consumed more and the excitation of all the pancake coils disappeared.

この発明は上記のような欠点に鑑みてなされたもので、
大形超電導コイルがクヱンチしたときにそれを破損しな
いように保護すると共に、クェンチをクェンチした部分
コイルのみに限定することによって、冷却媒体の消費を
より少なくし、若干の磁界減少はあっても運転を継続す
ることのできる大形磁界発生装置を提供せんとするもの
である。
This invention was made in view of the above-mentioned drawbacks.
By protecting large superconducting coils from being damaged when they are quenched, and by limiting quenching to only the quenched partial coils, cooling medium consumption is reduced, allowing operation even if the magnetic field is slightly reduced. The purpose of the present invention is to provide a large-scale magnetic field generating device that can continue to operate.

第4図はこの発明の一実施例を示す図で、隣接するパン
ケーキコィルの間に仕切板9を設け、各パンケーキコィ
ルはそれぞれ冷却媒体に関して独立な空間を形成してい
る。
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, in which a partition plate 9 is provided between adjacent pancake coils, and each pancake coil forms an independent space with respect to the cooling medium.

図に描いていないが、仕切板9と巻枠6の外周を低温容
器の円筒壁がおおつており、各パンケーキコィルを独立
させている。この仕切板9を設けることによって、パン
ケーキコイル1−2がクェンチして冷却媒体が蒸発した
場合にも隣接するパンケーキコィル1−1と1一3にク
ェンチが伝播するのを防止することができ、冷却媒体の
消費と励磁の消滅をクェンチしたパンケーキコイルのみ
に限定することができる。
Although not shown in the figure, the cylindrical wall of the cryogenic container covers the outer periphery of the partition plate 9 and the winding frame 6, making each pancake coil independent. By providing this partition plate 9, even if the pancake coil 1-2 quenches and the cooling medium evaporates, it is possible to prevent the quench from propagating to the adjacent pancake coils 1-1 and 1-3. The consumption of cooling medium and the extinction of excitation can be limited to only the quenched pancake coil.

この発明における低温容器内の仕切板9は完全な気密性
を有する必要はないが、0.5〜lk9/淡程度の差圧
に対する気密性を有すると共に、この程度の差圧に耐え
る強度を有することが望ましい。また、仕切板9の材質
は絶縁物、ステンレス鋼、銅などの種類を問わないし、
金属の表面を絶縁処理した複合体でも良い。しかし、交
流磁界中に置かれている超電導コイルにおいては絶縁物
の仕切板を用いることが望ましい。なお、上記の発明は
パンケーキ形超電導コイルについてであったが、この発
明は何もパンケーキ形超電導コイルに限られるものでは
ない。
Although the partition plate 9 in the low-temperature container in this invention does not have to be completely airtight, it has airtightness against a pressure difference of about 0.5 to lk9/light and has the strength to withstand this level of pressure difference. This is desirable. Furthermore, the material of the partition plate 9 can be any type of material such as insulating material, stainless steel, copper, etc.
It may also be a composite whose metal surface is insulated. However, in superconducting coils placed in an alternating magnetic field, it is desirable to use insulating partition plates. Although the above invention relates to a pancake-shaped superconducting coil, this invention is not limited to pancake-shaped superconducting coils.

第5図はこの発明の他の実施例を示す図で、超電導線5
をターン間スベーサ7を介して巻回したソレノイドコイ
ル複数個1−1〜1−4を低温容器101こ収納したソ
レノイド形超電導コイルであり、部分コイルであるソレ
ノィドコィル1一1〜1一4それぞれの間に仕切板9を
設けている。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which a superconducting wire 5
This is a solenoid-type superconducting coil in which a plurality of solenoid coils 1-1 to 1-4, each of which is wound with a spacer 7 between turns, is housed in a low-temperature container 101. A partition plate 9 is provided between them.

個々のソレノイドコィルは電流供給用リード線11を介
してそれぞれ独立に励磁される。なお、第5図において
巻枠、層間スベーサを図示していない。第4図と第5図
のこの発明においては、部分コイルとしてパンケーキコ
イル1個およびソレノイドコィル1個をそれぞれ採用し
ているが、パンケーキコィル複数個およびソレノイドコ
ィル複数個をそれぞれ部分コイルとしてもよい。
Each solenoid coil is independently excited via a current supply lead wire 11. Note that the winding frame and interlayer smoother are not shown in FIG. In the invention shown in FIGS. 4 and 5, one pancake coil and one solenoid coil are respectively used as partial coils, but multiple pancake coils and multiple solenoid coils can also be used as partial coils. good.

以上詳述したように、この発明は、超電導コイルを構成
する複数個の部分コイル間に仕切板を設け、各部分コイ
ルをそれぞれ独立に励磁する大形磁界発生装置に関する
発明で、ある部分コイルに発生したクェンチが他の部分
コイルに伝播することを防止し、クェンチ時のェネルギ
消費の減少をもたらし、若干の磁界減少はあっても運転
を継続させる効果を有する。
As detailed above, the present invention relates to a large magnetic field generator that provides a partition plate between a plurality of partial coils constituting a superconducting coil and excites each partial coil independently. This prevents the generated quench from propagating to other partial coils, reduces energy consumption during quenching, and has the effect of allowing operation to continue even if the magnetic field is slightly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図はそれぞれ先行技術の大形磁界発生装
置の回路図、第3図は従来のパンケーキ形超電導コイル
の一部彼断斜視図、第4図はこの発明のパンケーキ形超
電導コイルの一部破断斜視図、第5図はこの発明の他の
実施例であるソレノィド形超電導コイルの断面図である
。 図において、1は超電導コイル、1一1〜1一nは部分
コイル、2一1〜2一nは励磁電源、3−1〜3一nは
スイッチ、4−1〜4一nは保護抵抗、5は超電導線、
9は仕切板、10は低温容器である。 なお、図中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分を
示す。・第1図 第2図 第3図 第4図 第5図
1 and 2 are circuit diagrams of a large magnetic field generator according to the prior art, FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of a conventional pancake-shaped superconducting coil, and FIG. 4 is a pancake-shaped superconducting coil of the present invention. FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of a superconducting coil, and FIG. 5 is a sectional view of a solenoid-type superconducting coil according to another embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a superconducting coil, 1-1 to 11n are partial coils, 2-1 to 21n are excitation power supplies, 3-1 to 31n are switches, and 4-1 to 41n are protective resistors. , 5 is a superconducting wire,
9 is a partition plate, and 10 is a low temperature container. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.・Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超電導線を巻回した複数個の部分コイル、上記複数
個の部分コイル間に設けられた仕切板、上記部分コイル
複数個が低温容器内で組立てられた超電導コイル、上記
部分コイルにそれぞれ並列に接続された抵抗、上記部分
コイルと抵抗との並列体にそれぞれスイツチを介して給
電する励磁電線を備えたことを特徴とする磁界発生装置
。 2 各部分コイルの中点を接地したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の磁界発生装置。
[Scope of Claims] 1. A plurality of partial coils wound with superconducting wire, a partition plate provided between the plurality of partial coils, a superconducting coil in which the plurality of partial coils are assembled in a low-temperature container, and the above. 1. A magnetic field generating device comprising a resistor connected in parallel to each partial coil, and an excitation wire that supplies power to each parallel body of the partial coil and the resistor via a switch. 2. The magnetic field generating device according to claim 1, wherein the middle point of each partial coil is grounded.
JP51113873A 1976-09-21 1976-09-21 magnetic field generator Expired JPS606084B2 (en)

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