JPS63198574A

JPS63198574A - 超電導回転子

Info

Publication number: JPS63198574A
Application number: JP62028105A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和雄佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1988-08-17
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JP2543869B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は回転電機の超電導回転子に関する。

（従来の技術）最近、超電導線を回転界磁巻線として利用したいわゆる
超電導回転子を備えた発電機が開発されている。超電導
線を用いた界磁巻線は、その超電導性を維持するために
液体ヘリウムを冷媒として４に程度の極低温に冷却しな
ければならない。

この液体ヘリウムは界磁巻線及びその支持母材を冷却し
た後、各部の侵入熱あるいは発熱により気化し、ガスヘ
リウムとなる。このガスヘリウムは機械の定常運転時に
於いては、トルクチューブや電流リード等を冷却しつつ
、ヘリウム給徘装置により回収される。そしてこの時の
ロータ内部のガスヘリウムの圧力は、ガスのポンピング
効果により例えば０．８ａｔａ程度に減圧された状態と
なっている。

ところが、界磁巻線が、磁束、温度、電流等の上昇によ
り常電導状態に転移した場合には、界磁巻線の発熱と共
に、その蒸発潜熱の小ささから、液体ヘリウムが急激に
気化し、膨張することになリ、通常の回収ループではガ
スヘリウムが短時間に回収しきれず９回転子内圧力が上
昇する。

この急激な圧力上昇は、回転子端部に設けられた圧力放
出用の安全弁と、緊急排気管を通して大気中に放出され
る。

第４図は、従来の超電導回転子の緊急排気管付近の代表
的概略縦断面図を示すものである。同図に示す様に、圧
力上昇時には通常のガスヘリウム回収ループを介し、図
示しないヘリウム給排装置に設けた安全弁が開放される
一方、緊急排気管（１）端部に設けた別の安全弁（２）
が開放され、機外の大気中にガスヘリウム（３）が放出
されることになる。したがって、ロータ内部は放圧され
る。

（発明が解決しようとする問題点）第４図に示した様に、従来の緊急排気管は、約３００に
の常温部と約４にの極低温部を接続しているため、伝導
による侵入熱のみならず、ガスヘリウム（３）の自然対
流による侵入熱が大きいことが問題となる。

そこで、従来機では第１図に示した様に緊急排気管（１
）内に多数の細管要素（４）を配置（特開昭６０−７７
６６５号公報参照）シ、ガスヘリウムの自然対流循環力
を抑制し、これによる低温部への侵入熱を制限していた
。尚（２）は安全弁、（３）はガスヘリウム、（３ａ）
は液体ヘリウム、（１０）は回転軸中心線。

（１１）は真空部である。

しかしながら、細管要素（４）を配置しても高遠心力場
に於ける対流となり、しかも遠心力方向に対してその細
管要素（４）が垂直に配置されるのでその影響は、通常
の重力場で垂直に置かれた管内自然対流に対してはるか
に大きくなることは理論的にも実験的にも周知であって
、根本的に自然対流による侵入熱を無視できる量に抑制
することは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、超電導界磁巻線が常電導転移した際の回転子内部の
内圧の上昇を逃がす緊急排気管を有する超電導回転子に
おいて、緊急排気管からの対流による侵入熱を低減した
構造を具備した効率の高い超電導回転子を提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、液体ヘリウムで
冷却する超電導界磁巻線を有する回転子内部のガスヘリ
ウム異常圧力上昇を安全弁を介して緊急排気する緊急排
気管を備えた超電導回転子において、緊急排気管の一部
を回転軸中心線近傍から外径側にかけてＵ字形に湾曲さ
せる。

（作　用）この様に構成することによって、緊急排気管内の定常運
転時において、Ｕ字形に湾曲させた中間温度部と安全弁
のある常温部を連通ずる管内では、遠心力場と温度場の
関係から、自然対流は発生しない。

すなわち、中間温度部は常に冷却されており、その領域
のガスヘリウム密度は常温部のそれに対して大きく、遠
心力の作用方向は回転子外径方向であるので自然対流は
基本的に発生しない。又。

中間温度部と極低温部の間の自然対流はわずかながら発
生するが、従来に比べ大幅にその循環力を低減でき、侵
入熱の小さい緊急排気管を有する超電導回転子を提供す
ることができる。

（実施例）実施例１以下、本発明の第１の実施例について、第１図を参照し
て説明する。尚、従来例の第４図と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。

第１図において、緊急排気管（１）は極低温部（１２）
および常温部（１３）では、回転軸中心線（ｌＯ）又は
その近傍に位置し、その中間温度部（１４）で外径側に
かけてＵ字形の湾曲部（５）を有している。湾曲部（５
）の底部はトルクチューブ（６）を冷却する熱交換器（
７）に近付けておく。

このように構成することによって、緊急排気管（１）内
の定常運転時においては、湾曲部（５）の底部が熱交換
器（７）によって冷却されるので、極低温部（１２）と
常温部（１３）に対して中間温度部（１４）となる。中
間温度部（１４）は常に冷却されており、その領域のガ
スヘリウム密度は常温部（１３）のそれに対して大きく
、遠心力の作用方向は回転子外径方向であるので自然対
流は基本的に発生しない。又、中間温度部（１４）と極
低温部（１２）の間の自然対流はわずかながら発生する
が、従来に比べ大幅にその循環力を低減でき、侵入熱の
小さい緊急排気管となる。そして回転子内部の異常圧力
上昇があった時は、前記遠心力は無視できるので、安全
弁（２）が開放され、緊急排気を妨げることが無い。従
って侵入熱が小さく、損失の少ない緊急排気管を有する
高効率の超電導回転子を提供することができる。

実施例２第２図は第２の実施例を示す要部断面図である。

この第２の実施例は湾曲部（５）の底部を熱交換器（７
）に接触させたものである６他は実施例１と同様である
。

このようにすると中間温部（１４）を低温化、例えば１
００Ｋ程度に維持させ、自然対流の作用を実施例１より
さらに抑制させることができる。

実施例３第３図は第３の実施例を示す要部断面図である。

この第３の実施例は湾曲部（５）の底部を熱交換器（７
）の一部に接触させ、中間温度部（１４）と常温部（１
３）間にら旋状の周回管（８）を直列に設けたものであ
る。他は実施例２と同様である。

このようにすると、定常運転時の緊急排気管１を介して
の伝導入熱を低減させることができる他、実施例２と同
様な作用効果が得られる。

尚、他の実施例として、緊急排気管を回転軸中心線の周
辺に複数個配設してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、定常運転時の低
温ガスヘリウムの対流現象が抑制されるので、対流によ
る伝熱が従来の超電導回転子よりも小さくなり、高効率
の超電導回転子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１ないし第３の実施例
の要部を示す縦断面図、第４図は従来例の要部を示す縦
断面図である。１・・・緊急排気管、　　　　　２・・・安全弁。３・・・ガスヘリウム、　　　　５・・・湾曲部、６・
・・トルクチューブ、　　　７・・・熱交換器、８・・
・周回管、　　　　　　１０・・・回転軸中心線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液体ヘリウムで冷却する超電導界磁巻線を有する
回転子内部のガスヘリウム異常圧力上昇を安全弁を介し
て緊急排気する緊急排気管を備えた超電導回転子におい
て、緊急排気管の一部を回転軸中心線近傍から外径側に
かけてＵ字形に湾曲させたことを特徴とする超電導回転
子。
（２）緊急排気管のＵ字形湾曲部の底部を、トルクチュ
ーブを冷却する熱交換器に接触させたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の超電導回転子。
（３）緊急排気管のＵ字形部の安全弁側にら旋状の周回
管を直列に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の超電導回転子。