JPS6077665A - 超電導回転電機の緊急ガスヘリウム放出装置 - 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〕 本発明は、超電導回転電機の超電導界磁巻き線部の液体
ヘリウムの異常沸騰による、極低温ヘリウム貯蔵部の圧
力の異常上昇を規定限度値内に短時間のうちに回復させ
る緊急ガスヘリウム放出装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年、超電導線を発電機の回転界磁巻線に応用する超電
導発電機が開発されている。超電導線はその超電導性を
維持する為に極低温（４，２に程度）に保冷される。冷
媒として液体ヘリウムが使用される。外部からの侵入熱
を遮へいする為、超電導線を納めた極低温回転子は真空
断熱および放射伝熱遮へい板等の処置を施され、常温部
との連結は、その内部に低温ガスヘリウムの流路を備え
、熱交換機能を有する円筒状サポート（トルクチューブ
と称される）により支持される。また、回転する極低温
部に液体ヘリウムを注入する為に、液体ヘリウム注入装
置を駆動機側と反対の軸端部に備える０ 液体ヘリウムの蒸発により、通常の内部発熱あるいは侵
入熱は消費され、極低温部は常に均一な温度、圧力に保
持されている。

何らかの異常により、急激な発熱、あるいは侵入熱が発
生した時には、液体ヘリウムの一時的沸騰が発生し内部
圧力が急上昇する為に、緊急ガスヘリウム放出装置が動
作し、ロータ内の圧力上昇値を規定限度内におさえる様
に設置１されている。

〔背景技術の問題点〕

従来の緊急ガスヘリウム放出装置は、その放出弁を、通
常時のガスヘリウム排気装置と同じ側であるコレクタリ
ング側（すなわち駆動機の反対９１１１　）に設置して
いる。その為、これらの配管系統および超電導界磁巻線
励磁用の電流リード等が複雑に入り込み、緊急ガスヘリ
ウム放出装置のガスヘリウム流出経路断面積が、制限さ
れてしまう。このため緊急時ガスヘリウムの排出時間が
長びき流出経路における流出ガスの圧力損失も大きくな
る。これは内圧の上昇にもつながるため危険な状態とな
ってしまう場合が多かった。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点にかんがみなされたもので、ガスヘリ
ウム経路断面積が太き（でき、異常時の内圧上昇に対し
、ガスヘリウムの放出がスムースにおこなえる安全な超
電導回転電機の緊急ガスヘリウム放出装置を提供するこ
とを目的と〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達成するため、液体ヘリウム貯蔵部
とこれと連通ずる駆動機側シャフトに形成したヘリウム
放ｔＢ路に放出弁を設けたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について説明するが、はじめに超
電導発電機の概略構成について第１図を参照して説明す
る。

すなわち、フレーム７内にステータ巻線８を備えたステ
ータ９を配設し、このステータ９の内周側に以下に述べ
る超電等回転子を回転可能に配設する。トルクチューブ
１ｏは、内部に界磁巻線１１を収納し両端の仕切壁１２
　ａ　、　１２ｂにより気密構造に形成されている。ト
ルクチューブｚｏは、一端に駆動側のシャフト１３ａと
直結するフランジ１４を有し、他端には非駆動側のシャ
フト１３ｂにフレキシブルサポート１５で連結される。

また駆動側のシャツ）　ＺＳａと非駆動側のシャフト１
３ｂＫは、外筒１６が嵌合接続され、外筒１６の外側に
はダンパーシールド１７が鉦かれ、外筒１６とトルクチ
ューブｌＯとの間には壁間１８が構成される。

一方、非駆動側のシャフト１３ｂの端部近くの外周面に
はコレクタリング２７を有し、又シャフト１３の端部に
はヘリウム給排装置１９を設けこれとトルクチューブ１
０内に液体ヘリウム２０ａが供給されるようになってい
る。供給管２１とガスヘリウム２０ｂの排出管２２がト
ルクチューブＩＯと気密接続され、これらの管２１．２
２は、シャフト１３ｂの内部を軸方向に貫通ずる気密の
穴２３内へ非接触に配されている。

この人２３と前記ダンパーシールド１７とトルクチュー
ブ１ｏ間の空間１８は真空に連通し、また空間１８の中
間部には、円筒状の熱輻射シールド２４が置かれこれら
を真空雰囲気とする様、駆動側のシャフト１３ａ内へ真
空排気孔即ち緊急ヘリウム放出路２５を軸方向に設けて
ヘリウム給排装置１９から供給される液体ヘリウム２０
ａおよびトルクチューブ１０内に供給された液体ヘリウ
ム２０ａを真壁断熱保護し、更に熱輻射シールド２４で
外部からのＭ侵入ン防止または抑制し、界磁巻線ＩＩを
超％、ｍル湛にする。

シャフト１３ａの端部に、共生排気に適正な内径の排気
孔２６ａを鳴する管２６を気宕取り付ける。

次に、本発明による緊急ガスヘリウム放出装置の一実施
例について第２図を参照して説り］１−る０第１図の駆
動機側のシャツ）２．９３に有する緊急ヘリウム放出路
２５内の一部に放出弁３０を設け、緊急ヘリウム放出路
２５の端部側に外部と連通ずる放出口３ノを形成し、前
記緊急ヘリウム放出路２５内に薄肉バイブ３２の一端を
連結し、この薄肉バイブ３２の他端を前記トルクチュー
ブ１ｏ内の液体ヘリウムおよびカスヘリウム貯蔵部３３
に連結する・ 以下このように構成された緊急ヘリウム放出装置の動作
について説明する。

液体ヘリウム貯蔵部３３での異常沸騰（異常熱発生によ
る）が発生すると、通常時のガスヘリウム排出路では、
その排出量が制限される為、ヘリウム貯蔵部３３内の圧
力が上昇する。ある規定値に達すると、放出弁３０が開
放され、薄肉パイプ３２を経てガスヘリウムは放出口３
１より回転子外部へ放出される。

極低温部における発熱が終了し、液体ヘリウムの沸騰が
停止すると、再び回転子内のヘリウム貯蔵部３３内圧力
が減少する為、これを感知して放出弁３０は閉じる。こ
の時、放出弁３０の周囲にはガスヘリウムのみが存在す
る為、放出弁３０が凍結して不動作となることはない。

また低温ガスヘリウムの噴出により、駆動機側のシャフ
ト１３ａは低温化し長時間にわたる場合には軸受部に悪
影響を与える。この度合いを減少させる為、放出弁３０
を通過したガスヘリウムが直接シャフト１３ａに接触し
ない様に５ガスヘリウムの流路には断熱材を設置し、低
温ガスヘリウムが直接大気中に放出されるようにする。

第２図は本発明の他の実施例を示す断面図である。この
場合には、ガスヘリウム放出路である薄肉パイプ３２内
に、多数の細い／くイズあるいは軸方向に貫通孔を持つ
ノ・ニカムを挿入し、通常時の薄肉パイプ３２内のカス
ヘリウムの対流を防止して熱しゃへいにつとめると共に
、薄肉パイプ３２０１部に、極低温回転子の熱縮みに対
処する蛇腹（ベロー）部３４をもうけたことを特徴とす
るものである。また５図に示される様に、ガスヘリウム
の放出９ｆ３０および放出口３１をなるべく軸受は部よ
り離１−べく、フランジ側に位置させた場合であり、放
出口３１ｋまフランジ内に放射状に設置させる。

この時にも、駆動ｍ側のシャフト１３ａが過冷しないよ
うにガスヘリウム通過経路は断熱材を施しである。この
場合の実施例も前述の実施例と同様に動作するので、こ
こではその説明を省略する。

８．なお、本発明は以上述べた実施例に限らず、放出弁
３０としてヘリウム貯蔵部圧力と大気圧との圧力差を感
知して自動開閉する弁を用いてもよい。放出口３１の内
面および放出弁３ｏを出て放出口３１に至るまでのガス
ヘリウムを流通部の通路壁面を断熱形状（真空断熱層の
設置あるいは断熱材の設置による）とし、低温ヘリウム
ガスが直接シャフト材に触れないようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、緊急ガスヘリウム放出路お
よび放出弁を駆動機側に設置したので、その放出経路の
形状および断面積を最適化することが可能となり、この
為異常ヘリウム沸騰時においても、そのガスヘリウムの
放出がすみやかになされ、ヘリウム貯蔵部の圧力上昇が
規定値内に、わずかな時間で回復する超電導回転電機の
緊急ガスヘリウム放出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導発電機の概略構成をボす断面図、第２図
は本発明の緊急ガスヘリウム放出装置の一実施例の一部
のみを示すシＩ面図、第３図は本発明の緊急ガスヘリウ
ム放出装置の他の実施例を示す断面図である。 ７・・・フレーム、８・・・巻線、９・・・ステータ。 １０・・・トルクチューブ、１１・・・界磁巻線、Ｊ３
ａ・・・駆動機側のシャフト、１３ｂ・・・非駆動機側
のシャフト、１４・・・フランジ、２０ａ・・・液体へ
１ノウム％２ｏｂ・・・ガスヘリウム、２５・・・緊急
へ１ノウム放出路、３０・・・放出弁、３ノ・放出口・
３２・・・薄肉バイブ、３３・・・ヘリウムＲ】’　Ｗ
’−ｊ’ｒｌｉ　−３４・・・蛇腹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導回転子の超電導界磁巻線部に貯蔵されるヘリウム
   貯蔵部と、これと連通し駆動機側シャフトに軸方向のヘ
   リウム放出路を形成し、このヘリウム放ｔＢｊ！に放出
   弁を設け、前記ヘリウム貯蔵部の圧力が異常上昇した時
   前記放ｔＢ弁が開きヘリウム異常圧力を外部に放出する
   超電導回転電機の緊急ガスヘリウム放出装置。