JPS62104010A - 通電方法及び通電装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電磁石、変圧器等を構成するコイル（巻線）な
どの通電方法及び通電装置に関する。

〔発明の背景〕

高速増殖炉では原子炉炉心で発生した熱をタービンへ輸
送する冷却材として液体金属（例えばナトリウム）を使
用している。このため、高速増殖炉では液体金属の高い
導電性を利用した電磁機器が広く使用されている。例え
ば圧力計、流量計等の計測器や電磁ポンプが実用化され
ている。これらの電磁機器は、原子炉炉心からの冷却材
が５００℃前後の高温となるため、一般に高い耐熱性が
必要となる６特に、安全性の観点から実用炉と目されて
いるタンク型高速増殖炉では、約５００℃の高温下で使
用できることが必須条件となる。

電磁機器を構成する部品の中で、耐熱上問題となるのは
コイル（巻線）である。通常の電線と比べて、絶縁層が
薄く占積率（′６１気伝導体の断面積占有率）が良好な
エナメル線あるいは繊維横巻線の最高許容温度は１８０
℃であり、ポリイミド線が２３０℃まで使えるにすぎな
い。

このため、耐熱性を向上させたコイルがいくつか開発さ
れている。一つに、貴金属（金、白金。

銀合金等）をセラミック被覆したものがある。耐熱性は
高速炉の環境に対して十分であるが、高価なため、その
使用範囲は限定されている。他の一つに銅あるいはニク
ロムを心線とし、マグネシア絶縁材をステンレスで被覆
したものがある。絶縁層が大きく、占積率が小さくなる
欠点がある。

その他、ケーブル内の大電流によるジュール熱（電気伝
導体、心線の自己発熱）を除熱するために内部水冷ケー
ブルが開発されており、電気炉等で使用されている。こ
のケーブルは心線内に流路を設け、水を流して強制冷却
するものであるが、水流路には電流が流れず、占積率は
小さく巻線には不適である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高温状態で使用でき、かつ大電流によ
る自己発熱がある場合でも温度を一定に保つことができ
る通電手段と方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

従来のコイルでは、良導体からなる心線は絶縁層に固定
されている。このため、コイルの温度はジュール熱等の
自己発熱及び絶縁層を通しての外部との熱伝導により支
配されている。外部の温度がコイルの温度よりも高けれ
ば、外部から熱が流入しコイルの温度は上昇する。また
、逆に外部の温度が低い場合には、コイル内の発生熱は
外部へ流出し、コイルの温度は熱発生量と流出域の大小
に応じて」１昇または低下する。

コイルの耐熱性を向上させるためには、材料の耐熱性を
上げること及びコイル内の発生熱及び外部からの流入熱
を除去してコイルの温度上昇を押さえる必要がある。

コイル心線が絶縁層に固定されることなく、動かしつる
場合を考える。コイル心線のうち、電流が流れている部
分あるいは高温環境下にある部分が限定されているとす
る。この場合、コイルの温度は動いている心線が発熱あ
るいは熱流入領域（以下あわせて発熱領域と呼ぶ）を通
過している時のみ上昇する。すなわち、従来のコイルが
その作動時間中すべて温度が上昇しているのに比べて、
コイル心線を動かしつれば、温度上昇時間が短くなり、
耐熱性を向上させることができる。

次に心線が発熱領域と非発熱領域を循環して動く場合を
考える。非発熱領域で外部から積極的に心線を冷却する
ことを考えれば、発熱部に人いる心線の初期温度は低下
し、心線材料の許容温度までの温度差が大きくなり、耐
熱性をさらに上昇させることができる。

本発明は、心線の可動による心線を電流の流路として使
用するのみならず、発生熱の熱輸送媒体としているとこ
ろに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下９本発明の第１実施例を第１図、第２図により説明
する。第２図に示すように、絶縁材６で被覆されたコイ
ル１を上流側タンク３及び下流側タンク４に接続する。

第１図のように、高さ関係は、上部タンク３、コイル１
、下部タンク４の順になっている。さらに、タンク３．
４にはそれぞれ開口部７．８を設けている。液体金属５
を上部タンク７に入れ、コイル１の両端の近傍で、コイ
ル１内の液体金属５に接して絶縁材６内壁に電源２電極
を接続し、コイル１内を流下する液体金属５に電流を流
す。この電流により、第１図中の矢印９の方向、すなわ
ち垂直方向に磁力線をもつ磁場をつくることができる。

液体金属５は電流が流れたいる部分コイル１の両端１０
．１１の間でのみ自己発熱するのみである。導電性流体
である液体金ｊｉＡ　５としてナトリウムを考えると、
９８℃（融点）か６８７８℃（沸点）の広い温度範囲で
コイル１は使用できる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す６本実施例は第１
図、第２図と同様の構成で、コイル１を水平方向に配置
し、上貼タンク３から液体金属５を流下させる１本実施
例により、水平方向の磁界９を作ることができる。第１
図及び第３ｖ４から判るように任意の方向の磁界を作る
ことができる。

本発明の第３の実施例を第４図により説明する。

本実施例では、コイル１の両端１０．１１に、電気抵抗
器１３及びポンプ１２を直列に接続している。

抵抗器１３は第５図に示すように液体金属５の流路を小
さくして、電気抵抗を大きくしている。

（電気抵抗Ｒは比抵抗をρ、流路長をＱ、流路面積をＳ
とすると一ρで与えられる）Ｗｉ電源をコイルの両端１
０．１１に接続すると電流の大半はコイル側を流れ、コ
イル中に磁界を作ることができる。また、ポンプ１２に
より液体金属５のコイル中の流速は任意に変えることが
できる。

本発明の第４の実施例を第６図により説明する。

コイル１は二つの流路をたばねて構成している。

ポンプ１２により流れる液体金属はコイル１の二つの流
路で流れの向きは逆となり、閉ループを循環する。コイ
ルの両端（流路の折返し点）１０゜１１に電源２を接続
するとコイルを構成する二つの流路を同じ向きに電流は
流れる。二つの流路で流れる電流の割合は各流路の流路
長と流路断面積の大小に依存する。しかし、電源電流は
すべて磁場形成に利用でき漏洩電流はなくなる９本実施
例によれば流動する液体金属により、従来のコイルと電
気回路上の損失が同等なコイルを提供することができる
。

本発明の第５の実施例を第７図により説明する。

本実施例ではコイルの両端１０．１１に邪ま板１５を設
けたタンク１４及びポンプ１２を接続している。タンク
への入口配管１６から流入する液体金属５は邪ま板１５
に衝突し、不連続な流れとなる。このためコイル端１０
からタンク１４．ポンプ１２を経由する液体金属の流れ
の電気抵抗は無限大となり、電源２からの電流はコイル
１を流れる０本実施例によれば比較的簡単な構成で漏洩
電流を防止することができる。

本発明の第６の実施例を第８図により説明する。

第４の実施例で述べたコイル１の一端に熱交換器１７を
設けている。コイルを構成する二つの流路２０を熱交換
器１７０１次側とし、熱交換！１１１７の胴側に低温流
体を導く出入口配管１８．１９を設けている。コイル１
を高温環境で使用する場合を考えると外部からコイル１
中の液体金属への流入熱あるいは液体金属中の電流によ
る自己発熱は、昇温した液体金属が熱交換器１７ヘポン
プ１２により流入するため、熱交換器１７で二次側流体
に輸送される。このため、コイル１中の液体金属は低温
に保つことができコイルの耐熱性を大ｒ１１に向上する
ことができる。また、熱交換器１７での１次側から２次
側の熱輸送量を制御する（１次側あるいは２次側の流量
あるいは１次側と２次側の温度差を変えることにより制
御できる）ことにより。

コイル１の温度を一定値に保つことも可能である。

次に本実施例の除熱量を従来のコイルと比較する。

コイルの外径及びコイルと外部との温度差（本実施例で
は熱交換器１次側と２次側流体の温度差）が等しいとす
ると除熱量はコイルと外部（本実施例では１次側と２次
側）の間の熱伝導率に比例する。通常のコイルからまわ
りの空気への熱伝達は自然対流熱伝達率で与えられ、そ
の大きさは１０ｋｃａ　Ｑ　／　ｒｒｔ／　ｈ　ｒ　／
　’Ｃである。熱交換器内の熱伝達は強制対流熱伝達率
として与えられ、５００ｋｃａΩ／ボ／ｈｒ／’Ｉ：で
ある、したがって、従来のコイルと比べた本実施例では
５０倍の大きな除熱量が得られることが判る。このこと
は、液体金属中の自己発熱量が電流の二乗に比例するこ
とがら、流動する液体金属中では静止している場合と比
べて約７倍大きな電流を流せることになり、より強い磁
場を作ることも可能にしている。

本発明の第７の実施例を第９図により説明する。

耐熱材料（例えばセラミック）２１で−続きの流路２２
を管壁に内在する円筒（または多角形筒）に液体金属を
流し、同時に電流を流してコイルを形成する。本実施例
によれば耐熱材料の使用とあいまって、きわめて高温ま
で使用できるコイルを提供することができる。

本発明の第８の実施例を第１０図及び第１１図により説
明する。本実施例は本発明の液体金属流動コイル３１を
タンク型高速増殖炉に応用している。２次系ナトリウム
をタンク２３へ流入させ。

入口配管２７を通して環状型電磁フローカプラ２Ｇの駆
動側へ導く。環状型フローカプラを出た二次側ナトリウ
ムは液体金属流動コイルを流れ。

コイル外側の１次系ナトリウムと熱交換し、原子炉炉心
３０での発生熱をタンク２３外へ輸送する。

周方向に巻線を構成する液体金属流動コイル３１は鉄心
２５内に磁界を作り、磁気回路２４により。

環状型電磁フローカプラ２６の流路に径方向の磁界をつ
くる。ポンプで駆動された２次側ナトリウムのフローカ
プラ駆動側での下向きの流れと、直交する径方向の磁場
により、フローカプラ２６中の１次系、２次系ナトリウ
ム中には、金属導体の隔壁３２を通る周方向の誘導電流
が生じる。この誘導電流と直交する周方向の磁界により
フローカプラ２６の被駆動側流路内の１次系す］〜リウ
ムは゛上向きの力を受は上昇流を形成する。すなわち。

本実施例では１次系ナトリウムは駆動ポンプのがわりに
環状型電磁フローカプラを用い、同カプラの励磁コイル
に本発明の液体金属コイルを採用し、あわせて熱交換機
能をもたせることにより、タンク型高速増殖炉の１次系
機器を大巾に簡素化できる効果がある。

本発明の各実施例によれば、従来のコイルよりも除熱量
を大きくできること及び液体金属を使用するので耐熱性
を向上させることができる。また。

除熱量が制御できるためコイル温度を一定に保持するこ
とができる。さらに、除熱量の増加により電流容量を増
すことができる。加えて、液体金属自体が冷却材と電気
導体をかねるため、冷却材流路を内部にもつ電線よりも
大きな占積率を実現できる効果がある。

以」二の各実施例は、コイル（巻ｆｉ）について本発明
を採用した例であるが、単純の通電手段の為の直線状で
あっても本発明が適用できる。

〔発明の効果〕

以上の如く１本発明によれば、高温下において使用でき
、自己発熱ものがしやすい上に、占積率も大きいという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例によるコイル通電装置の全
体図、第２図は第１図中のコイルの横断面図、第３図は
本発明の第２実施例によるコイル通電装置の全体図、第
４図は本発明の第３実施例によるコイル通電装置の全体
図、第５図は第３図中の抵抗器部の断面図、第６図は本
発明の第４実施例によるコイル通電装置の全体図、第７
図は本発明の第５実施例によるコイル通電装置の全体図
、第８図は本発明の第６実施例によるコイル通電装置の
全体図、第９図は本発明の第７実施例によるコイル状流
路の断面図、第１０図は本発明の第８実施例によるタン
ク型高速増殖炉の土平断面図。 第１１図は第１０図に示した増殖炉の縦断面図である。 １・・・コイル、２・・・電源、３，４．１４・・・タ
ンク、５・・・液体金属、６・・・絶縁材、１２・・・
ポンプ、１３・・・電気抵抗器、１７・・・熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁材で囲んだ流路中に導電性流体を流動させつつ
   前記導電性流体に電気を流すことを特徴とした通電方法
   。 ２、絶縁材で囲んだ流路と、前記流路中に通した導電性
   流体と、前記導電性流体の駆動手段と、前記導電性流体
   に電気的に接続した電源とから成る通電装置。 ３、特許請求の範囲の第２項において、前記駆動手段は
   、流路の上方と下方のレベルに設置したタンクを前記流
   路で接続した構成であることを特徴とした通電装置。 ４、特許請求の範囲の第２項において、前記流路は閉ル
   ープであつて、その閉ループの途中には他部よりも高電
   気抵抗となる抵抗流路部とポンプとを直列に備え、前記
   抵抗流路部と並列的に電源を前記閉ループに備えたこと
   を特徴とした通電装置。 ５、特許請求の範囲の第４項において、抵抗流路部は他
   部よりも狭い導電性流体の流路であることを特徴とした
   通電装置。 ６、特許請求の範囲の第４項において、抵抗流路部は、
   閉ループ内に設置したタンクと、前記タンク内の導電性
   流体液面と間隔をあけて設けた閉ループ内導電性流体の
   流出口とから成ることを特徴とした通電装置。 ７、特許請求の範囲の第２項において、前記流路は熱交
   換器に１部分が通された経路を有することを特徴とした
   通電装置。 ８、特許請求の範囲の第２項において、前記流路は、途
   中部分が平行流路となる閉ループ状であつて、閉ループ
   の折返し点に電源が接続されることを特徴とした通電装
   置。 ９、特許請求の範囲の第８項において、閉ループの一部
   流路が熱交換器に通された流路経路を有することを特徴
   とした通電装置。