(57)【要約】【課題】熱シールド板は冷却効率を良くして安価な自然循環方式の出現が望まれていた。【解決手段】熱シールド板１０は、抵抗率の高い金属板１０Ａと平板１０Ｂとの間を接合して超電導コイル２３の重力方向Ｇと同方向に延びるようにしてなる冷媒流通路１０Ｃを備え、この冷媒流通路１０Ｃにより冷媒３０の流通抵抗が少なくなり、冷却効率が向上すると共に、自然循環方式が可能になった。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを内蔵する内槽と、これを真空断熱で収容する外槽と、前記内槽と外槽との間に設けた前記内槽を覆う熱シールド板とを有する超電導磁石用熱シールド板において、前記熱シールド板は、抵抗率の高い金属板と平板との間を接合して前記超電導コイルの重力方向と同方向に延びるようにしてなる複数の冷媒流通路を備えていることを特徴とする超電導磁石用熱シールド板。
【請求項２】
超電導コイルを内蔵する内槽と、これを真空断熱で収容する外槽と、前記内槽と外槽との間に設けた前記内槽を覆う熱シールド板とを有する超電導磁石用熱シールド板において、前記熱シールド板は、窪部と突起部とを有する金属板と平板との間を接合して前記超電導コイルの重力方向と同方向に延びるようにしてなる複数の冷媒流通路を備え、前記突起部を挟んで対向配置された第１の窪部に隣接して第２の窪部を配置し、前記第２の窪部は前記第１の窪部及び突起部とラップするように配置することを特徴とする超電導磁石用熱シールド板。
【請求項３】
上側の前記超電導コイルと下側の超電導コイルとの間の前記熱シールド板に貫通穴を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導磁石用熱シールド板。
【請求項４】
前記冷媒流通路は上側から下側に直線形状に延びるようにしてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導磁石用熱シールド板。
【請求項５】
冷却部の冷却媒体を入口路から前記冷媒流通路を経由し出口路より冷却部に循環する自然冷却方式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導磁石用熱シールド板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，磁気浮上列車に浮上・案内・推進用として搭載する液体窒素シールド系が自然循環方式である超電導磁石の熱シールド板に関する。特に窒素系に冷凍機を採用したクローズドサイクル冷却系統超電導磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に磁気浮上列車の概略を示す。磁気浮上列車は台車５の両側に取り付けられた超電導磁石２が、地上側ガイドウェイ４に取り付けられた地上コイル３と磁気的に作用することにより、浮上、案内、推進の役割を果たす。超電導磁石２の全体を例えば図１に示す。
【０００３】
超電導磁石２は、超電導が可能な低温に保持するため液体ヘリウム等の冷媒が満たされた容器である内槽２４の中に磁場を発生させる超電導コイル２３が収められており、その低温部への熱侵入量を減らすために真空断熱を行うための容器である外槽２２、常温状態の外槽から極低温の内槽への輻射熱を低減するために設置された熱シールド板１０、及び外槽から熱シールド板１０と内槽を支持する荷重支持体２１から構成されている。
【０００４】
熱シールド板１０には従来いくつかの方式が提案されている。一つは特開平５−２８３２２８号公報に述べられているように絶縁体もしくは電気抵抗の高い材料、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰと称する）を使って熱シールド板１０に渦電流を流さないようにする方法であり、この場合は冷媒を流す管とＦＲＰ面を接触させ、伝熱により冷却する方法である。
【０００５】
次の方式は特開平６−１２０５７１５号公報に示されているように熱シールド板を熱、電気伝導度の大きい材料を採用し、渦電流は周方向に設けた高抵抗部で遮断し、渦電流により発生する電磁力に耐えるようにシェル構造を採用する方法であり、この場合は冷媒を流す管と熱シールド板材は溶接もしくはロウ付けにて固定することが出来る。
【０００６】
また、第３番目の方法は特開平６−６９５５３号公報に述べられているように、抵抗率及びヤング率の高い熱シールド板を２枚対向させ、その間に空洞を生成し、冷媒を通過させることにより冷却する方法であり、この場合は冷媒を流す管を取り付ける必要がない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示した方法のうち、方式１は絶縁体を用いると熱伝導率が低く、熱シールド板内に温度差がついてしまうという欠点があった。これは熱伝導率の高いＣＦＲＰ（カーボン入り繊維強化プラスチック）等の材料を使うことで解決できるが、ＣＦＲＰは値段が高いという欠点がある。
【０００８】
方式２は熱シールド板を金属で構成できるため、製作が容易であり、熱シールド板内に温度差が付きにくいという利点がある。しかし、渦電流が多く発生する磁気浮上式鉄道のような適用を考えると、渦電流により熱シールド板は発熱し、冷凍機負荷を増大させる。また、渦電流のために熱シールド板に電磁力がかかるため、剛性を高くしなければならないという欠点があった。
【０００９】
また、方式３は高抵抗金属を用いるため、渦電流の影響が少ないが、平板では剛性が低く、超電導コイルクエンチ時には熱シールド板が変形してしまう恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、冷却効率を良くして安価な自然循環方式の超電導磁石用熱シールド板を提供することに有る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の熱シールド板は、抵抗率の高い金属板と平板との間を接合して超電導コイルの重力方向と同方向に延びるようにしてなる複数の冷媒流通路を備え、この冷媒流通路により冷媒の流通抵抗が少なくなり、冷却効率が向上すると共に、自然循環方式が可能になった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１ないし図５により説明する。
（実施例１）
図１及び図２において、超電導コイル２３は内槽２４内に内蔵され、外槽２２は内槽２４を真空断熱で収容し、内槽２４と外槽２２との間に設けた熱シールド板１０により内槽２４を覆っている。熱シールド板１０及び内槽２４は支持板２１Ａに設けた荷重支持体２１に支持されている。支持板２１Ａは外槽２２間に支持されている。
【００１３】
超電導コイル２３は通常円形、或いはレーストラック型をしており、その内部にはとくに構造がないため、熱シールド板１０は図２及び図３に示すように貫通穴１４を開け、この部分の熱シールド板１０を取除いている。これにより、渦電流の流路が切断されるため、熱シールド板１０の発熱も減少する効果がある。
【００１４】
本発明を適用した熱シールド板１０は図１ないし図５（Ａ）のように構成されている。熱シールド板１０は２枚の高抵抗金属材料例えばステンレス部材からなる金属板１０Ａと平板１０Ｂで出来ており、金属板１０Ａは剛性を確保するために窪部１１Ａと突起部１１Ｂとを連続して設け、金属板１０Ａと平板１０Ｂとの間の両側及び窪部１１Ａと平板１０Ｂとの間をスポット溶接にて接合する。
【００１５】
この場合、図５（Ｂ）に示すように金属板１０Ａと平板１０Ｂとの間の両端部には金属スペーサ１０Ｘを配置し、スポット溶接部Ｙの機械的強度を増加させる。また金属スペーサ１０Ｘはスポット溶接部Ｙより外側に延ばした箇所に貫通穴Ｚを設け、貫通穴Ｚにボルトを挿入して他の部材との接続用として使用出きるようにしている。
【００１６】
平板１０Ｂと突起部１１Ｂとの間に冷媒流通路１０Ｃを形成している。冷媒流通路１０Ｃは冷媒液３０を流通する間隙である。窪部１１Ａと突起部１１Ｂとを連続して設けることにより曲げ剛性が向上し、２枚の板間に確実に隙間である冷媒流通路１０Ｃが生成されていることを外部から確認できるという点で有効である。
【００１７】
また冷媒流通路１０Ｃを形成するためには、板は必ずしも窪部１１Ａと突起部１１Ｂとを設ける必要はなく、２枚の板間に板を挿入することにより冷媒流通路を形成することも可能である。
【００１８】
冷媒流通路１０Ｃには冷媒液３０が充填されている。冷媒流通路１０Ｃには気化ガスの抜けを良くするために上下方向つまり超電導コイル２３の重力方向Ｇと同方向に延びるように設けることにより、冷却の偏りがない均一になるような構造となっている。即ち、窪部１１Ａ及び突起部１１Ｂが上下方向に延びるように直線形状をなすように形成されている。
【００１９】
冷媒流通路１０Ｃの両端は上部にガス・液溜り１３ａ、下部に液溜１３ｂとに連通している。上部にガス・液溜り１３ａ、下部に液溜１３ｂとを設けており、冷却の偏りがない構造となっている。上部にガス・液溜１３Ａ、下部に液溜１３Ｂは配管３１を介して冷却部である冷却容器３２に連通し、冷却容器３２には冷却手段３３を設けると共に、冷媒液３０を満たしている。伝導、輻射による熱シールド板１０に伝わった熱は冷媒液３０が蒸発することで除去され、蒸発により発生したガスは自然対流により上部のガス・液溜り１３Ａに集められ、冷却容器３２に排出される。
【００２０】
冷媒液３０は上部の液溜１３Ａに供給されるよう構成され、自然循環にて下部液溜に液が供給される。なお、下部液溜１３Ｂに直接冷媒を供給する方法でも自然に冷媒の供給が行えるため同様の効果が得られる。
【００２１】
即ち、冷媒液３０は矢印方向で示すように下部液溜１３Ｂの入口路から冷媒冷媒液３０流通路１０Ｃを流通して上部の液溜１３Ａの出口路から冷却容器３２に循環する際に、冷媒流通路１０Ｃの位置は超電導コイル２３の重力方向Ｇと同方向に延びるように直線形状に形成され、冷媒液３０の流通抵抗を小さく出きるので、冷却効率が向上し、超電導コイル２３の電気的損失を低減できる。
【００２２】
またポンプを必要としない自然冷却方式が可能となり、冷却部の構成を簡素化することができるようになった。ここで、流通抵抗が小さいと云うことは、ポンプを使用しないぐらい冷却効率が良いことを意味する。
【００２３】
更に、この実施例では冷媒流通路１０Ｃを熱シールド板１０の全面に設け、熱シールド板１０の全面が均一に冷却するようにしたので、熱伝導率の悪いステンレス部材を使用することが出来るようになった。
【００２４】
超電導コイル２４は通常円形、もしくはレーストラック型をしており、その内部にはとくに構造がないため、熱シールド板１０に貫通穴１４を空け、この部分の熱シールド板を取除いている。これにより、渦電流の流路が切断されるため、熱シールド板１０の発熱も減少する効果がある。
【００２５】
また、窪部１１Ａと突起部１１Ｂとを連続して設けた金属板１０Ａと平板１０Ｂとを接合することにより、全体の剛性を高め、熱シールド板１０の膜振動を抑えることができる。この膜振動の減少からも渦電流による発熱の低減を図ることができる。また、熱シールド板１０に貫通穴１４が開いていることにより、常温（３００Ｋ）である外槽２２の支持棒や支持板２１Ａを設置することが容易になる。
【００２６】
熱シールド板１０には荷重支持体２１への固定用取り合い部１２が存在し、荷重支持体を介して外槽２２に固定されており、その固定はネジ止め、リベット止めなどにより簡単な方法で可能である。これにより組立て工数の低減をはかるという効果もある。
【００２７】
冷媒流通路１０Ｃを構成し、剛性を向上させる窪部１１Ａは上から下まで同一の窪部を設けてしまうと窪部での板厚が少なくなってしまうため、曲げ剛性が低下してしまう。そのため、何箇所かで窪部１１Ａを切断している。窪部１１Ａの切断位置１５は隣り合う窪部で同一の高さ位置に設けると同様に曲げ剛性が低下してしまうため、図４に示すように千鳥形状のように隣り合う窪部で異なる切断位置にする。
【００２８】
即ち、突起部１１Ｂを挟んで対向配置された第１の窪部１１Ａとこの窪部１１Ａに隣接して第２の窪部１１１Ａを配置し、第２の窪部１１１Ａは第１の窪部１１Ａ及び突起部１１Ｂにラップするように配置する。
【００２９】
この結果、ラップすることにより切断位置１５に必ず突起部１１Ｂが配置されているから、曲げ剛性が低下することがない。剛性が向上することは、窪部を作成する時の変形が小さくなり、溶接時の変形も小さくなるという効果がある。これは２枚の板間に板を挿入して冷媒流通路１０Ｃを構成する場合も、隣り合う挿入板の切れ目を異なる高さ位置に設置することにより溶接による製作時の変形を少なくすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の様に，本発明によれば、冷媒流通路に流れる冷媒は流通抵抗が少なくなり、冷却効率が向上すると共に、自然循環方式が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である磁気浮上式鉄道に使用した熱シールド板の断面図。
【図２】図１に使用した熱シールド板の平面図。
【図３】図２の熱シールド板の断面図。
【図４】図１及び図２に使用した熱シールド板の断面図。
【図５】図１ないし図４に使用した熱シールド板の斜視図。
【図６】従来の磁気浮上式鉄道の構成を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…磁気浮上列車、２…超電導磁石、３…地上コイル、４…ガイドウェイ、５…台車、１０…熱シールド板、１０Ａ…金属板、１０Ｂ…平板、１０Ｃ…冷媒流通路、１１Ａ…窪部、１１Ｂ…突起部、１２…荷重支持体取り合い部、１３Ａ…上部ガス液溜、１３Ｂ…下部ガス液溜、１４…貫通穴、１５…切断位置、１６…上及び下板、２１…荷重支持体、２２…外槽、２３…超電導コイル、２４…内槽、３０…冷媒液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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