JPS6244366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超電導線材に関するもので、特に超
電導線材の冷却効果の改良に関するものである。

第１図は一般的な超電導コイルの斜視図であ
る。図において、１は超電導線、２は超電導線１
を巻回して作つたパンケーキコイル、３はパンケ
ーキコイル２間の冷却チヤンネルである。超電導
コイルは冷媒（一般に液体ヘリウム）によつて冷
却されている。冷媒は冷却チヤンネル３に入り込
んで、超電導線１を冷却している。第２図は第１
図の超電導コイルを構成するパンケーキコイル２
を２枚だけ取り出した斜視図である。４は冷却チ
ヤンネル３を作る為のスペーサである。このスペ
ーサ４の厚さにほぼ等しい冷却チヤンネル３がパ
ンケーキコイル２間に形成され、そこに冷媒が入
り込む。第３図は第２図のＡ―Ａ線における断面
を示したものである。第３図中の超電導線１の部
分を拡大して示したものが第４図である。ここ
で、５は超電導線１の各ターン間に入れられたタ
ーン間絶縁物である。同図から明らかな様に、超
電導線１が冷媒によつて冷却されている部分は超
電導線１の両側面である。超電導線１の上面と下
面はターン間絶縁物５によつて蔽われており冷媒
によつて直接冷却されることはできない。

以上では冷媒により冷却される超電導線１の部
分は超電導線１の両側面であることを述べた。次
に、超電導線１の冷却と超電導線１に流す電流と
の関係について述べる。一般に大形の超電導コイ
ルでは、超電導線１に流す電流の大きさは次の様
な基準（完全安全化基準）の下に決定される。す
なわち、瞬時的な外乱により超電導線１の超電導
性が破壊され、超電導線１が抵抗を発生（常電導
状態になる）したとしても、外乱消滅後は、超電
導線１に生じているジユール発熱が冷媒により取
り去られて、超電導線１の温度は超電導線１の臨
界温度Ｔ_C以下になりただちに超電導特性が回復
するという基準である。

この基準は次式で表わされる。

RI²〓Ｑ（Ｔ_C〜Ｔ_B） ……(1) ただし、Ｒ＝超電導線１の単位長当りの常電導
抵抗、 Ｉ＝超電導線１に通電されている電流
（超電導コイルの運転電流）、 Ｑ（Ｔ）＝冷媒が超電導線１から奪う熱流
束、 Ｔ_C＝超電導線１の臨界温度、 Ｔ_B＝冷媒の温度。

式(1)を書き直す。

式(2)から明らかな様に、Ｑ（Ｔ_C―Ｔ_B）が大き
い程超電導コイルの運転電流は大きくできる。す
なわち、超電導線１の電流密度は高くなる。これ
は、超電導コイルの発生磁場を強くできることを
意味する。あるいは、発生磁場を一定にするなら
超電導線１の量を減らすことができるということ
を意味する。かかる意味で、冷媒が超電導線１か
ら奪う熱流束Ｑ（Ｔ_C―Ｔ_B）を大きくすることは
非常に重要なことである。

第５図は従来の超電導線の斜視図である。超電
導線の表面は平滑面である。この為、熱流束Ｑ
（Ｔ_C―Ｔ_B）はある一定値以上にはなり得なかつ
た。

この発明は上記の様な従来のものの欠点を除去
する為になされたもので、超電導線の冷却される
面に、２方向の細溝を互いに交差する様に多数設
けることにより、熱流束Ｑ（Ｔ_C―Ｔ_B）を大にで
きる超電導線を提供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第６図はこの発明の一実施例を示す超電導線
の斜視図である。図中のＡ面及びＣ面は平滑面で
あり、ここには第４図で示したターン間絶縁物５
が設置される。従がつて、Ａ面及びＣ面は冷媒に
よつてほとんど冷却されない。冷媒により冷却さ
れる超電導線１の面は図中のＢ面及びＤ面であ
る。この冷却表面Ｂ面及びＤ面には、図中に示し
た様に、互いに交差し、同方向の溝の間隔が1.5
mm以下であり、互いに交差する２方向の溝の深さ
が同じであるＶ形断面の細溝が多数設けられてい
る。本発明の超電導線１の単位長から冷媒が奪う
熱流束の実験値を示したものが第７図の曲線ａで
ある。図中の曲線ｂは第５図に示した従来の超電
導線１の単位長から冷媒が奪う熱流束の実験値で
ある。ここで、縦軸は熱流束Ｑであり、横軸は超
電導線１温度Ｔと冷媒の温度Ｔ_Bの差Ｔ―Ｔ_Bであ
る。冷媒としては１気圧の下の液体ヘリウムを用
いた。なお、本発明の超電導線１に対しても、従
来の超電導線１に対しても、超電導線１のＡ面及
びＣ面には熱絶縁を施こして、Ｂ面及びＤ面から
の熱流束を測定した。また、本発明の超電導線１
と従来の超電導線１の寸法は同じにした。

第７図中に、本発明の超電導線１を高磁場超電
導コイルに適用した場合のコイル電流を決定する
熱流束Qa（Ｔ_C―Ｔ_B）、従来の超電導線１を高磁
場超電導コイルに適用した場合のコイル電流を決
定する熱流束Qb（Ｔ_C―Ｔ_B）を示した。同図か
ら明らかな様に、Qa（Ｔ_C―Ｔ_B）はQb（Ｔ_C―
Ｔ_B）の約2.5倍となる。この事は、(2)式から判る
様に、本発明の超電導線１には従来の超電導線１
には従来の超電導線１に流せる電流の約2.5（
1.6）倍の電流を流せることを意味している。

なお、第６図に示した２方向の細溝の交差角度
を変化させても熱流束の曲線はあまり変化しない
ことが実験により判明した。なお、細溝の間隔
（ピツチ）が1.5mm以下の場合は熱流束Ｑが著るし
く向上することが実験により確認された。このデ
ータを第１３図に示す。ここで縦軸は第７図で説
明した熱流束Ｑ（Ｔ_C―Ｔ_B）、横軸は溝のピツチ
である。

第８図は本発明の他の実施例を示す超電導線１
の断面図である。超電導線１のコーナ部を取り除
いて、冷却表面に互いに交差する２方向の溝を多
数設けている。この様にすることにより、コーナ
部の溝の突起部の反りによる隣接ターン間の短絡
の危険性をなくすることができる。超電導線１の
コーナ部の取り除き方は、第８図の様に直接状に
取り除いて、円弧の形を残してコーナ部を取り除
いてもよい。

第９図は本発明の他の実施例を示す超電導線１
の断面図である。超電導線１の冷却表面に凹部を
設け、凹部の底に多数本の細溝を設けている。こ
れは次の様な利点を有する。第２図に示した様
に、超電導線１の冷却表面の１部にスペーサ４を
取り付けることにより冷却チヤンネル３が作られ
ている。この為に、超電導コイルを励磁しこ場合
に超電導線１のスペーサ４の下に来る部分には大
きな電源圧縮力が加わる。しかしながら、第９図
の様な断面の超電導線１においては、この圧縮力
は冷却表面の平滑部（図中のＥ部）で受けられ、
冷却表面の細溝が上記圧縮力により破壊されるこ
とがない。従がつて、細溝の破壊による冷却表面
の熱流束の低下がない。又、上記圧縮力による細
溝の破壊により、冷却チヤンネル３の幅が変化す
るということもない。

第１０図、第１１図は本発明の他の実施例を示
す超電導線１の断面図である。冷却表面に設けた
凹部の中全面に細溝を設けている。

以上述べてきた本発明の、超電導線の冷却表面
に設けた互いに交差する２方向の多数本の細溝は
切削によつて作つてもよいし、ローレツト加工
（いわゆるナール加工）に作つてもよいし、超電
導線の線引工程において圧延加工で作つてもよ
い。

以上の説明の様に、この発明によれば超電導線
の冷却表面に、表面に互に交差する少なくとも２
方向のＶ字状の溝を備え、同方向の溝の間隔が
1.5mm以下であると共に、上記交差する２方向の
溝のそれぞれの深さが同じであるようにしたの
で、加工が容易であると共に、溝のピツチが同じ
場合Ｖ字状の方がＵ字状等の他の形状に比べ深さ
が深くなり表面積が増加する。また、表面形状が
均等であるため、発熱の際生じるヘリウムガスの
通路があらゆる方向に得られ易い。このため超電
導線から冷媒が奪う熱流束が著しく増加し、超電
導線に安定に流し得る電流値を著るしく高められ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な超電導コイルの斜視図、第２
図は２枚のパンケーキコイルの斜視図、第３図は
パンケーキコイルの部分断面図、第４図はパンケ
ーキコイルの部分断面拡大図、第５図は従来の超
電導線の斜視図、第６図は本発明の一実施例を示
す超電導線の斜視図、第７図は冷媒が超電導線か
ら奪う熱流束の実験結果を示す図、第８図、第９
図、第１０図、第１１図は本発明の他の実施例を
示す超電導線の断面図である。第１２図は溝のピ
ツチと熱流束との関係を示す特性図である。 図において、１は超電導線、５はターン間絶縁
物である。なお、図中同一符号は各々同一又は相
当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 表面に互に交差する少なくとも２方向のＶ字
   状の溝を備え、同方向の溝の間隔が1.5mm以下で
   あると共に、上記交差する２方向の溝のそれぞれ
   の深さが同じであることを特徴とする超電導線
   材。