JPS6367707A - 超電導装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導装置に係り、特に核融合装置に超電導
コイルシステムを適用した場合に好適な超電導装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来の超電導装置は、超電導コイルシステムが単独で運
転されるものであり、今後の核融合装置のように超電導
コイルシステムと常電導コイルやプラズマ真空容器とを
組合せた場合に生ずる問題、すなわち、超電導コイルシ
ステムが、近接する他の構造物へ与える影響、特に冷却
水の凍結の問題については、必ずしも配慮されていなか
った。

（従来例：　［核融合用超電導マグネットの技術進歩２
日立評論、１９８４．９月号、ＶｏＱ６６゜Ｐ７１〜７
６） 〔発明が解決しようとする間層点〕 上記従来技術による超電導装置のうち核融合装置を例に
説明する。該核融合装置は、超電導コイルシステムおよ
び常電導コイルシステムとプラズマ真空容器から構成し
、全体を断熱真空容器に収納したものである。このうち
常電導コイルシステムとプラズマ真空容器は、それぞれ
通電による温度上昇と高温のプラズマの閉込めによる温
度上昇に伴う材質劣化を防止するため冷却水を通水し冷
却を行う、ところが、超電導コイルシステムの運転（液
体窒素による予備冷却から液体ヘリウムによる本冷却ま
でを含む）中に該冷却水の停止が発生した場合、冷却流
路内に残溜した冷却水が超電導コイルに熱を奪われ、凍
結して冷却流路を含む常電導コイルシステムやプラズマ
真空容器の破損を引き起すという問題があった。

本発明の目的は、上述した構成の装置において冷却水の
停止が発生した場合にも、冷却水の凍結を防止し、かつ
純水を使用する本来の冷却系統に対して、純度の低い非
常通水設備からの冷却水が与える影響を可能な限り小さ
くすることが可能な超電導装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、冷媒流路中の冷媒流停止を検出する第１の検
出手段と、超電導設備等の温度が冷媒凍結温度以下か否
かを検出する第２の検出手段と、第１．第２の検出手段
による冷媒流停止及び冷媒凍結温度以下との２条件成立
時に、冷媒流路に非常用冷媒を供給せしめる手段とを備
えた。

〔作用〕

第１．第２の検出手段により温度、冷媒流停止の２条件
成立により非常用冷媒を投入できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は、本発明を適用した超電導装置の例で。

超電導コイルと常電導コイルを有する核融合装置を示す
ものである。

核融合装置は本体（断熱真空容器）１の内部に超電導コ
イル２が複数個（一般には士数個）中心軸まわりに等間
隔で配置され、超電導コイルの内側の空間、コイル軸方
向には、環状のプラズマ真空容器３および常電導コイル
であるボロイダルコイル４　（以下Ｐコイルと略する）
が配置される。

図中、本体１．プラズマ真空容Ｊａ３ｔＰコイル４は断
熱を示す。

超電導コイル２は、ヘリウム液溜５から装置運転中は常
時液体ヘリウムを供給され、超電導状態を保つ、また該
ヘリウム液溜は液体ヘリウム設備６から液体ヘリウムの
補給を受ける。

超電導コイル２およびＰコイル４は、それぞれ図示しな
い？！！源設備により通電され、それらの発生する磁場
は、プラズマ真空容器内にプラズマを励起、加熱、閉込
めを行う。

常電導コイルであるＰコイル４は該通電により発熱する
。また、プラズマ真空容器１は高温のプラズマに曝され
熱発する。このようにＰコイル４とプラズマ真空容器１
は、そのままでは加熱し、材質劣化等の不具合を生ずる
ため、冷却配管ＩＡを設け、冷却水を流すことにより冷
却を行う、該冷却水は冷却水設備８からバルブＶＩＯＩ
、Ｖ１０２を介して供給する。本例では、冷却系統は、
バルブＶｌ、Ｖ２により仕切ることにより、後述する運
転モード切換により、Ｐコイル系とプラズマ真空容器系
に分離可能としている。また、非常通水設備９はバルブ
■４を介して非常用冷却水を通水することができる。本
例では該非常通水設備に加え、窒素ガス供給設備１０を
設は必要に応じバルブｖ５を介して冷却配管ＩＡに窒素
ガスを供給し、管内の残留冷却水を吹き出すことが可能
である。

これら非常通水設備９または窒素ガス供給設備１０が動
作する場合は排出用バルブＶ１０３またはｖ３を介して
冷却水は排出するものとする。

制御装置１１は、装置の状態を監視し、必要に応じて各
バルブ操作を行い非常通水あるいは窒素ガス供給により
、装置の破損を防止するものである。

装置の状態の監視は、大きくわけて次のものがある。

（１）温度監視・・・冷却配管工Ａ内に冷却水が停止し
た状態で放置された場合、凍結す るか否かの判断のため。

（２）流旦監視・・・冷却配管ＩＡ内の冷却水が停止し
ているかあるいは一定限度以下と なったことの検出のため６ 上記のうち、温度監視方法としては熱電対あるいは測温
抵抗体等が使用可能である。ｚ３視項目としては、次の
項目が例として挙げられる。

（１）常電導コイル表面温度°（０℃以下で温度低）、
（２）プラズマ真空容器表面温度（０℃以下で温度低）
、 （３）超電導コイルパワーリード温度（正常値で温度低
）、 （４）断熱真空容器内熱輻射シールド冷却用窒素ガス排
出温度（正常値で温度低）。

（５）超電導コイル支持用ベース温度（正常値で温度低
）。

また、直接的に温度測定を行わなくとも、次の項目も温
度低の条件として使用可能である。

（６）液体ヘリウム供給中（供給中で温度低）、（７）
超電導コイル予備冷凍中（予備冷凍中で温度低）。

本実施例では、以上のうち（１）および（２）の常電導
コイル表面温度計測用およびプラズマ真空容器表面温度
計測用の温度検出器７を用いている。

流量監視方法としては、差圧式の流量計または面積流量
計が使用可能である。監視項目どしては、次の項目が例
として挙げられる。

（１）常電導コイル冷却水流！（一定値以下で流量低）
、 （２）プラズマ真空容器冷却水流量（一定値以下で流量
低）、 （３）冷却水設備戻り冷却水流量（一定値以下で流量低
）。

本実施例では、以上のうち（１）および（２）の常電導
コイル冷却水流量計測用およびプラズマ真空容器冷却水
流量計測用の流量検出器１２を用いている。常電導コイ
ル冷却水流量は１本例では複数のコイル冷却水を集約し
た流量を監視しているが、コイル毎に監視してもよい。

また本例では、非常通水設備が動作し続けることが可能
か否かを非常通水設備の冷却水圧力を監視する圧力検出
器１３を設け、制御装！Ｉｌｌにより判断する。

第２図に該制御装置１１の動作を示す論理図を示す、装
置内に取付けら九た常電導コイル用およびプラズマ真空
容器用温度検出器７からの温度低信号１および２は、制
御装置に取り込まれＯＲＩにより論理和がとられる。一
方常電導コイル用およびプラズマ真空容器用流量検出器
１２からの冷却水流量低信号１および２は、○Ｒ２によ
り論理和がとられる。ここでプラズマ真空容器用流量検
出器からの冷却水流量低信号２は、運転モード切換信号
によりあらかじめＡＮＤ６でマスクされる。

これは後述する「ベーキング運転」においてはプラズマ
真空容器をわざと高温に加熱するため、冷却水を一旦排
出する必要があり、この時は流量低信号が必然的に発生
するからである。

次に、非常通水！！９の動作を必要最小限にして、純水
を使用する冷却水への非常通水混入による影響を可能な
限り少なくするため、上記の２つの論理和ＯＲＩ　（温
度低）および０Ｒ２（流量低）の両方が存在するときに
のみ、非常通水を行うため両信号をＡＮＤｌによって論
理積をとる。その結果冷却水が停止し、そのまま数社す
れば配管内で凍結する場合のみＡＮ　Ｄ　１から信号出
力が出される。該信号出力により、次の動作が行われる
。

（１）停止した冷却水設備を切り離すため、バルブＶＩ
ＯＩ、Ｖ１０２閉指令を出力する。

（２）非常通水を行うため、バルブｖ４開指令を出力す
る。

（３）冷却水を排出するため、バルブｖ１０３開指令を
出力する。

以上により、超電導装置運転中に、冷却水設備が停止し
た場合には、必要に応じて非常通水設備が動作し、配管
内冷却水の凍結による装置の破損を防止することができ
る。　　一 本実施例では、上記に述べた基本的な動作に加えて、よ
り信頼性を高める動作が可能であり、以下説明する。

温度低信号１，２と冷却水流量低信号１．２が入力され
ると非常通水設備９からの冷却水が通水されるが、何ら
かの原因により通水不能となった場合を考える。この時
非常通水設備９の冷却水圧力を監視していると、圧力が
一定値以下となるため、これを圧力低信号として制御装
置１１に取り込み、以下の処理を行う。

（１）先に出力されているＡＮＤｌからの信号と圧力低
信号をＡＮＤ２により論理積をとり、その結果により、
非常通水バルブｖ４閉指令を出力する。

（２）同時に、常電導コイル系とプラズマ真空容器系を
仕切るバルブＶｌ、Ｖ２のうち入口側■１の開指令、出
口側ｖ２の閉指令（ＯＲ４経由）を出力する。

（３）冷却水排出のための窒素ガス用バルブｖ５の開指
令（ＯＲ５経由）を出力する。

（４）発振器１４の出力により、冷却水排出用バルブＶ
１０３　（ＡＮＤ７．ＯＲ３経由）とｖ３（ＩＮＶＩ、
ＯＲ６経由）に対する開指令を周期的に交互に出力する
。

以上により、非常通水設備９の動作が必要な状況で非常
通水が不可能な場合は、窒素ガス供給設備１０からのガ
ス圧により、冷却配管内の冷却水を排出し凍結を防止す
ることが可能である。冷却水排出用バルブＶ１０３およ
びｖ３を交互に開閉を繰り返すのは、常ｆｆ１Ｒコイル
系とプラズマ真空容器の配管抵抗の差により、冷却水排
出がどちらか一方に偏ることを防止するためである。

また、通常運転時に運転モードを切換え、ベーキング（
プラズマ真空容器洗浄のため高温とする）を行う場合は
、運転モード切換信号により、常電導コイル系とプラズ
マ真空容器系の仕切り用バルブ■１およびｖ２に対し閉
指令（それぞれＡＮ［）４およびＯＲ４経由）を出力し
た上で、プラズマ真空容器系の冷却水排出用バルブＶ３
！４指令（ＡＮＤ５およびＯＲ６経由）並びに窒素ガス
供給用バルブｖ５開指令（ＯＲ５経由）を出力すること
により。

プラズマ真空容器のみ冷却水を配管より排出することが
できる。この場合、前述のようにＡＮＤ６により、プラ
ズマ真空容器系の冷却水流量低信号２はマスクされ、非
常通水には、冷却水流量低倍にｆ１すなわち常電導コイ
ル系の冷却水停止が発生しない限り移行しない。

以上述べたように、本実施例によれば、非常通水設備９
の故障によって非常通水が停止した場合は窒素ガスによ
り冷却配管内冷却水の排出が行えるため、冷却水凍結に
よる装置破損の防止をより信頼度高く実現できる。

尚、超電導装置としては、核融合装置が最も適切である
。しかし、他の超電導を利用する分野においても、超電
導材と冷媒設備と冷媒流路とを有するシステムであれば
、本発明は適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超ｆｆｉ週部と常電導コイル等の常電
導部が混在する超電導装置において、常電導部の冷却水
が停止した場合は、該冷却水の凍結の可能性がある時に
限り、非常通水を行うことにより、冷却配管中の冷却水
の凍結を防止することが可能なため、非常通水設備の運
転費や、高純度の冷却水に対して、低純度の非常用冷却
水が混入することを最低限に抑えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を核融合装置に適用した実施例、第２
図は、本発明による制御装置の動作を示す論理図である
。 １・・・本体（断熱真空容器）、２・・・超電導コイル
、３・・・プラズマ真空容器、４・・・Ｐコイル（常電
導コイル）、５・・・ヘリウム液溜、６・・・液体ヘリ
ウム設備、７・・・温度検出器、８・・・冷却水設備、
９・・・非常通水ＸＱ備、１０・・・窒素ガス設備、１
１・・・制御装置、１２・・・流量検出器、１３・・・
圧力検出器、１４・・・発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超電導材と、該超電導材の冷媒温度より高い温度で
   動作する冷媒流路と、該冷媒流路に冷媒を供給する冷媒
   設備と、より成ると共に、冷媒非常供給設備と、上記冷
   媒流路中での冷媒流の停止を検出する第１の検出手段と
   、上記超電導材及びその周辺設備の温度が該超電導材及
   びその周辺設備での冷媒流路中の残留冷媒の凍結温度よ
   り低いか否かを検出する第２の検出手段と、該手段によ
   り残留冷媒の凍結温度より低い温度が検出されたこと、
   及び第１の検出手段での冷媒流の停止検出との２条件成
   立をもとに上記非常供給設備を介して上記冷媒流路に非
   常用冷媒を供給せしめるべく制御する制御手段と、より
   成る超電導装置。