JPS624305A

JPS624305A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JPS624305A
Application number: JP60143771A
Authority: JP
Inventors: Misao Koizumi; 小泉　操
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-06-29
Filing date: 1985-06-29
Publication date: 1987-01-10
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPH0648646B2

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、超電導磁石装置に係わり、特に間接冷却方式
を採用した超電導磁石装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般□に、超電導磁石装置は、極低温下（臨界温度Ｔｃ
以下°）に冷却されると電気抵抗がゼロとなる超電導線
を巻回して構成され、液体ヘリウム等の冷媒中に直接浸
して臨界温度以下に冷却して用いたり（直接冷ｗ方式）
、或いは真空中において冷媒を流通するための冷媒流通
路を設けた冷却体からの熱電導によって間接的に臨界温
度以下に冷却して用いられている（間接冷却方式）。

従来、間接冷却方式の超電導磁石装置としては、第６図
（ａ）（ｂ）に示す構成がとられていた。

即ち、超電導線を巻回してエポキシ樹脂等で一体化した
超電導コイル６１の外側に、銅等の熱的良導体からなる
板材を冷却体６２として約１周巻き付け、この冷却体６
２の表面に液体ヘリウム等の冷媒を流通させるための冷
媒流路６３として、銅等の熱的良導体からなるパイプを
銀ロウ付は等で接着して構成していた。

しかしながら、従来のこのような構成においては、冷媒
流路６３と冷却体６２との間での接触面が小さく、且つ
銀ロウ等の接着材を介して接着されているため、冷媒流
路６３からの熱通過率が悪い。このため、冷媒との熱交
換率が悪くなり、超電導コイル６１を臨界温度以下の使
用温度に冷却するのに、多量の冷媒と冷却時間を消費す
る欠点があった。また、従来の方法にあっては、冷却体
６２に冷媒流路６３としての熱的良導体からなるパイプ
を接着する工程において、接着部が高温となるため、冷
却体６２と超電導コイル６１との間に介在しているエポ
キシ樹脂が溶けて隙間を形成して冷却体６２と超電導コ
イル６１との間の熱通過率が悪化したり、場合によって
は超電導コイル６１と冷却体６２の間における絶縁破壊
を招いたりしていた。また、冷却体６２の熱収縮率より
エポキシ樹脂を含む超電導コイル６１の熱収縮率の方が
一般に大きいため、冷却過程において冷却体６２と超電
導コイル６１との間の接触面が減少し、これに伴って更
に熱通過率が悪化する欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、冷媒流路と冷却体との間、冷却体と
超電導コイルとの間の熱通過率を高くして冷媒の熱交換
率を向上させることができ、超電導コイルの冷却に対す
る冷媒の使用量の低減及び冷却時間の短縮化をはかり得
る超電導磁石装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、超電導コイルに、この超電導コイルを
冷却するための冷媒の流通路を内部に設けた熱的良導体
からなる筒状冷却体を冷しばめすることにある。

即ち本発明は、超電導線を巻回してなる超電導コイルと
、この超電導コイルを冷却するための冷媒の流通路を内
部に設けた熱的良導体からなり、上記超電導コイルに冷
しばめされて一体化された筒状冷却体とを具備してなる
ものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１に、冷媒流路が熱的良導体からな
る筒状冷却体内部に設けられているため、従来の方法に
比べ冷媒流路と冷却体との接触面が大きくとれ、且つ冷
媒流路と冷却体間に熱通過率を悪くする接着材を介さな
いため、冷媒流路と冷却体間の熱通過率が増大する。第
２に、熱的良導体からなる筒状冷却体と超電導コイルを
冷しばめで一体化構成するため、従来方法で問題となっ
た冷媒流路としてのパイプの接着時に生じる超電導コイ
ルと冷却体間の隙間や絶縁破壊等が解消され、さらに熱
収縮率の差異による超電導コイルと冷却体間の接触面の
減少等が解消されるので、さらに熱通過率が増大する。

従って、冷媒の熱交換率が大幅に増大し、その結果超電
導コイルの冷却に対する冷媒の量及び冷却時間の非常に
少ない間接冷却方式の超電導磁石装置を提供できる。ま
た本発明によれば、冷却体が冷しばめされているため、
超電導コイルに対して予め圧縮応力を加えた状態にあり
、このため励磁中に発生する超電導コイルのフープ力を
やわらげる効果を得られる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる超電導磁石装置
の概略構成を示すもので、第１図（ａ）は斜視図、第１
図（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−八へ面図である。図中
１０は超電導コイルであり、このコイル１０の外周面に
は冷媒流通路３ｏを有する筒状冷却体２０が冷しばめに
より固定されている。なお、図中４０は冷媒の入口、５
０は冷媒の出口を示している。

上記装置は、例えば次のようにして製造される。

まず、超電導線を巻回してエポキシ樹脂で含浸して一体
化した筒状の超電導コイル１０の外形を所定寸法に切削
加工する。次に、この超電導コイル１０を液体窒素中（
７７Ｋ）に充分浸した後、室温に引上げて外形寸法（熱
収縮寸法）を測定する。

一方、熱的良導体として、例えばアルミニウムを用い、
第２図に示す如く冷媒流路となる孔３１をあけた積層体
の単一体２１を作成する。次いで、この単一体２１を第
３図に示す如くエポキシ樹脂等の接着材を介在して複数
個重ね合わせ一体化し、この両端に冷媒流路が直列に接
続されるように接続溝２４．２５、及び冷媒の入口４０
．出口５０が設けられた端部２２．２３をエポキシ樹脂
等の接着材を介在して接合して、内部に冷媒流路３０を
設けた熱的良導体の積層体２１からなる筒状冷却体２０
を作成する。次に、この筒状冷却体２０の内径を室温に
おいて、先はどの超電導コイル１０の熱収縮寸法より微
かに大きく切削加工する。

最後に、超電導コイル１０を液体窒素中に充分浸した後
、室温において、アルミニウムによる筒状冷Ｗ体２０内
に挿入することにより、超電導コイル１ｏと冷却体２０
は、超電導コイル１０の昇温とともに一体化され前記第
１図に示す如き超電導磁石装置が得られる。

かくして製造された本装置によれば、冷媒流路３０が筒
状冷却体２０の内部に設けられているので、冷媒流路３
０と冷却体２０との接触面積が極めて大きくなる。さら
に、冷却体２０と超電導コイル１０とが冷しぼめて一体
化されているので、超電導コイル１０と冷却体２０との
接触が確実となる。このため、冷媒の熱交換率が大幅に
向上し、前述した種々の効果が得られる。なお、筒状冷
却体２０の極低温下における内径を超電導コイル１０の
極低温下におけるそれより僅かに小さいものとしておけ
ば、極低温下においても、超電導コイル１０と筒状冷却
体２０との密着は確実なものとなる。また、本実施例で
は筒状冷却体として中空円板の単一体２１を積層して構
成しているので、該冷却体２０の製造を容易に行うこと
ができる。

第４図は本発明の第２の実施例の概略構成を示すもので
、第４図（ａ）は斜視図、第４図（ｂ）は同図（ａ）の
矢視Ｂ−Ｂｌｉ面図である。なお、第１図と同一部分に
は同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
超電導コイルを２組用いた点にある。即ち、超電導コイ
ル１０と筒状冷却体２０とは、先の実施例と同様に冷し
ばめにて一体化されている。

そして、筒状冷却体２０の外周部に別の超電導コイル１
０′が冷しはめにて一体化されている。ここで、超電導
コイル１０′を筒状冷却体２０に冷しばめするには、予
め一体化された超電導コイル１０及び筒状冷却体２０を
液体窒素中に十分浸した後、室温において、これを超電
導コイル１０′内に挿入する。これにより、超電導コイ
ル１０′は、超電導コイル１０及び筒状冷却体２０の昇
温と共にこれらに一体化されることになる。

このような構成であっても、先の第１の実施例と同様の
効果が得られるのは勿論のことである。

第５図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す断面図
である。この実施例が先の第１の実施例と異なる点は、
筒状冷却体２０の構造にある。即ち、本実施例では積層
体として前記熱的良導体の単一体２１と、ステンレス鋼
や高マンガン鋼等の高拡張力金属からなる単一体２８と
を用い、これらを交互に積層して筒状冷却体２０を構成
している。

このような構成であれば、超電導コイル１０の励磁中に
おけるフープ力が大きい場合にあっても、これに耐える
十分強度の大きな筒状冷却体２０を実現することができ
る。

なお、本発明は上述し各実施例に限定されるものではな
い。例えば、超電導コイルとしては、超電導線が巻回さ
れエポキシ樹脂等で一体化されたものであればよく、超
電導線の種類、形状、構造。

絶縁方法或いは巻線方法等についての制限はない。

また、超電導コイルの一体化には、含浸材としてエポキ
シ樹脂等に制限されるものではなく、さらに低融点金属
等で一体化されたものも含まれる。

また、本発明でいう冷媒流路を内部に設けた熱的良導体
の積層体からなる筒状冷却体は、その断面形状及び冷媒
流路の形状に制限されるものではない。さらに、積層体
の材質もアルミニウムに制限されるものではなく、銅、
金、銀及びこれら複合構成であってもよい。また、冷媒
流路は複数本の並列回路でもよく、さらにスパイラル状
であってもよい。また、冷媒流路の接続は、冷却体内で
行なわれた方が好ましいが、冷Ｗ体外で行なわれても同
様な効果は°得られる。さらに、積層体の接着材として
は、低融点金属（例えばハンダ、インジウムなど）を用
いてもよい。

また、超電導コイルの励磁中による磁場変化で熱的良導
体の積層体でのうず電流損失が問題となる場合には、熱
的良導体からなる積層体の単一体の１１Ｎ所を切断し、
この切断箇所の位置を順次変えることうず電流損失減少
させることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる間接冷却方式超
電導磁石装置の概略構成を示すもので第１図（ａ）は斜
視図、第１図（ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図、
第２図は上記実施例装置の筒状冷却体を構成する積層体
の単一体を示す平面図、第３図は筒状冷却体の組立て方
式を示す斜視図、第４図は本発明の第２の実施例の概略
構成を示すもので第４図（ａ）は斜視図、第４図（ｂ）
は同図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図、第５図は本発明の第
３の実施例の要部構成を示す断面図、第６図は従来の超
電導磁石装置の概略構成を示すもので第６図＜ａ）は斜
視図、第６図（ｂ）は同図（ａ＞の矢視Ｃ−Ｃ断面図で
ある。１０．１０’　・・・超電導コイル、２０・・・筒状冷
却体、２１・・・単一体、２２．２３・・・端部、２４
゜２５・・・接続溝、３０・・・冷媒流路、３１・・・
孔、４０・・・入口、５０・・・出口。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１図第２囚「Ｂ（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超電導線を巻回してなる超電導コイルと、この超
電導コイルを冷却するための冷媒の流通路を内部に設け
た熱的良導体からなり、上記超電導コイルに冷しばめさ
れて一体化された筒状冷却体とを具備してなることを特
徴とする超電導磁石装置。
（２）前記筒状冷却体は、熱的良導体からなる中空円板
を積層してなるものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の超電導磁石装置。
（３）前記筒状冷却体は前記超電導コイルの外周部に配
置されるものであり、前記冷しばめする手段として、前
記超電導コイルを極低温下に冷却したのち、このコイル
を常温の筒状冷却体の内部に挿入することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の超電導磁石装置。