JPS623664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導回転機、特にその回転子軸の端
部への極低温冷媒供給排出装置の改良に関する。

通常超電導回転機、例えば超電導発電機におい
ては、種々の理由により回転界磁型が多用され
る。この場合、回転子に超電導コイルを具備せし
め、この超電導コイルを極低温に保持せしめるた
めに極低温冷媒としての液体ヘリウムを強制循環
的に供給する。超電導コイル部分に液体ヘリウム
を強制的に供給しても外部からの熱侵入が激化す
れば、ここに供給する液体ヘリウムの蒸発が激し
く、液体ヘリウムを多量に必要とする。かかる事
態は必然的に冷凍機運転の頻度を高め、ヘリウム
液化のための経費を増大する。このため一般に回
転子軸を通る液体ヘリウム通路を長くし、外方か
ら超電導コイル部分に至る伝導熱を減少すること
が試みられている。しかしながら回転子軸端より
液体ヘリウムを供給するために、この部分での浸
入熱を軽減することが重要になる。即ち静止部よ
り回転する回転子軸端に液体ヘリウムを供給する
構成部分である。一般にこの部分の断熱構造を採
用するには次の対策が肝要である。

(イ) 液体ヘリウム用管、ガスヘリウム用管は全て
熱伝導度の低い金属でしかも低温脆性を惹起し
ないステンレス管を採用し、更に端部からの熱
侵入を低下させるために肉厚0.3〜0.5mm程度の
薄肉管を使用する。

(ロ) 外表面と内表面との温度レベルの異なる配管
は中間室を真空断熱層として形成し、このこと
により伝導及び空気の対流による侵入熱を軽減
する。

(ハ) 嵌合する回転部と静止部との相対間隙は製造
上許容される限り小さくかつ軸方向長さはでき
る限り長くとり、伝導やヘリウムガスの対流に
よる熱侵入を低下させる。

かかる要求を満足すべく構成した従来の極低温
冷媒供給排出装置は、超電導回転機の回転子の一
端を円筒状に形成し、この円筒形ハウジング内部
の空間に、液体ヘリウム注入パイプ、液体ヘリウ
ム供給パイプ、ヘリウムガス回収パイプ等の多数
のパイポを同心で多重円筒形に配列し、各パイプ
間の隙間に液体ヘリウムおよびヘリウムガスを通
過させると共に中間に真空断熱層を設けるように
構成されていた。しかしながら前述のように、液
体ヘリウム用パイプ等は肉厚0.3〜0.5mmという薄
肉管を使用しなければならないで、軸方向長さを
長くするとパイプが自重によつてたわむようにな
り、各パイプ間の隙間が減少する。また、たわみ
による振動の発生が激しくなり、各パイプ間に配
置されたスペーサ固着部がひび割れなどの破損を
生じるに至る。さらに、かかる薄肉管を圧延等の
手段によつてその直径をわずかに変更したものを
多種類製作し、かつそれらの管を中間にスペーサ
を挿入しながら同心に配列していくことは、製作
技術上きわめて困難である。またパイプの軸心の
ずれによる重量のアンバランスがさらに振動を増
大させていた。

本発明は、従来の極低温冷媒供給排出装置が有
するかかる欠点を除去することを目的とするもの
であつて、液体ヘリウム用パイプ等を同心に配置
するかわりに同一直径のパイプを平行に配列し、
それらパイプの周囲を真空断熱層として形成した
ことを特徴とする。

以下に本発明の一実施例および従来装置の例を
図に基いて詳細に説明する。第１図は本発明に係
る極低温冷媒供給装置の断面図であつて、超電導
回転機の回転子１１の一端から円筒部材１２が水
平方向に延びており、その周囲にハウジング１３
が配置されている。ハウジング１３は台上に固定
され静止しており、ハウジング１３と円筒部材１
２の間には、軸受１４，１５と軸封装置１６，１
７，２６が配置されている。ハウジングの一端に
は、円筒部材１２の中心に極低温冷媒例えば液体
ヘリウムを注入するパイプ１８が設けられ、円筒
部材１２の中心に設けられた冷媒供給パイプ１９
の中に挿入されている。液体ヘリウムは、回転子
内部の超電導コイルを冷却した後にヘリウムガス
となり、ガス回収パイプ２０，２１を通り、円筒
部材１２の外周に設けられた連結穴２２，２３を
通つて、ガス排出口２４，２５へと排出される。
この実施例では、界磁コイルを冷却した戻りガス
配管の回収パイプ２０と、電流リードを冷却した
戻りガス配管の回収パイプ２１とをそれぞれ２本
ずつ設け、回収パイプ２０を通るガスは排出口２
４へと導かれ、回収パイプ２１を通るガスは排出
口２５へと導かれるように作られている。この配
管方方法は、特に第２図第３図の断面図によつて
明瞭に示されている。液体ヘリウムおよびヘリウ
ムガスの流れる方向は、第１図において矢印で示
されている。

先に述べたように、液体ヘリウムの通過するパ
イプとヘリウムガスの通過するパイプとは温度レ
ベルが異なるので、両者の間に断熱層を設けるこ
とが必要となる。この実施例では、円筒部材１２
の内部に真空室２７を設け、ハウジング１３の内
部に真空室２８を設けることによつて、熱伝達を
妨げている。さらに、円筒部材１２の外周に薄肉
部２９を形成し、またハウジング１３の内部に薄
肉部３０を形成することによつて、一層熱伝達を
低下せしめている。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、
種々に変形して実施することができる。例えばシ
ール１６，１７，２６はそれぞれ別の形式のもの
が使用されているが、同一の形式のものを配置し
てもよいし、また配列を変更してもよい。さら
に、ガス排出口２４，２５に流量調整用のバルブ
を設けることもできる。各パイプ間にスペーサを
配置して強度を高めてもよい。

第４図は従来装置の構造を示しており、第１図
における２−２線に対応する従来装置の部分を断
面図で表わしている。従つて、第２図と第４図と
を比較することにより、本発明と従来装置との相
違点が理解されよう。

従来の装置では、中心に冷媒注入パイプ１８を
挿入された冷媒供給パイプ１９を中央部に配置し
ている点は本発明の装置と同様であるが、冷媒供
給パイプ１９の周囲にスペーサを嵌装し、そのス
ペーサの周囲に円筒状パイプを配置するというよ
うに、スペーサと円筒状パイプを交互に組み付け
ていき、結局全体で６本のパイプを同心に配置す
るという構造になつている点で本発明と著しく相
違している。第４図における各バイプ間の隙間
は、４１が冷媒注入孔、４２が冷媒供給通路、４
３が真空断熱層、４４が界磁コイルを冷却した戻
りガス通路、４５が真空断熱層、４６が電流リー
ドを冷却した戻りガス通路、４７が真空断熱層を
それぞれ形成している。最外側の真空断熱層４７
の中に板状のスペーサ５０が図示してあるが、他
のパイプ間の隙間にもかかるスペーサが必要とな
る。スペーサは、パイプの全長が約２ｍ程度の場
合、軸方向に６ケ所ほど間隔をおいて配置され
る。スペーサとハウジングあるいはパイプとの接
触点はエポキシ樹脂などの接着材で固着される。
スペーサの形状は図示の形状には限定されない。

このように従来の装置は、同心の多重円筒構造
であるから、第１に組み立てるのがきわめて困難
であること、第２に重量の増加によつてたわみを
生じパイプ間の隙間が減少しスペーサによる流路
抵抗が増大すると同時に断熱効果が低下するこ
と、第３にたわみあるいはパイプの中心位置のず
れによるアンバランスから生じる振動が激化しパ
イプ間の連結部が破損すること、第４に径の異な
る多種類のパイプを製作することが困難であるこ
となどの多くの欠点を有していた。

本発明によれば、かかる欠点は完全に克服する
ことができた。すなわち第１に、パイプを平行に
配列するだけでありスペーサをほとんど必要とし
ないから、組み立てがきめて簡単である。第２に
パイプおよびスペーサの個数が著しく減少するか
ら、重量が減少したわみが生じなくなる。またパ
イプ間の隙間が十分に確保できるので断熱効果が
高められる。パイプ内にはスペーサが全くないの
で流路抵抗がほとんどない。第３に、パイプの配
置が自由であるから、アンバランスを生じないよ
うに配列することができ、パイプの破損が防止で
きる。第４に同一径のパイプを用いることができ
るから経済的である。

このように本発明は、外部からの侵入熱と内部
における熱伝達とを有効に遮断することができ
る、構造が簡単できわめて経済的な極低温冷媒供
給排出装置を提供するものであり、超電導回転機
の実用化に寄与するところがきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る極低温冷媒供給排出装置
の断面図、第２図は第１図の２―２線に沿う断面
図、第３図は第１図の３―３線に沿う断面図であ
る。第４図は従来装置の断面図であつて、第２図
に対応する部分を表わす。 １２…円筒部材、１３…ハウジング、１８…冷
媒注入パイプ、１９…冷媒供給パイプ、２０，２
１…ガス回収パイプ、２２，２３…連絡穴、２
４，２５…ガス排出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超電導回転機の回転子に極低温冷媒を供給排
   出する装置において、回転子の一端から延びる円
   筒部材と、前記円筒部材の外側を覆う固定された
   ハウジングと、前記ハウジングに固定され前記円
   筒部材の中心に極低温冷媒を注入するパイプと前
   記ハウジングを貫通するガス排出口と、前記円筒
   部材に固定され端部に前記注入パイプが挿入され
   かつ前記円筒部材の中心に軸方向に延びる冷媒供
   給パイプと、前記円筒部材に固定され前記供給パ
   イプの周囲に平行に配置されたガス回収パイプ
   と、前記円筒部材内に位置し前記冷媒供給パイプ
   および前記ガス回収パイプの周囲に形成された真
   空室とからなり、前記円筒部材の外周円筒面を通
   じて前記ガス回収パイプと前記ガス排出口とを連
   通したことを特徴とする超電導回転機における極
   低温冷媒供給排出装置。