(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、当該超電導コイルを冷却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す支持部とを備える強制冷凍型超電導コイル装置の通電時の冷媒の流量制御方法において、
冷媒が前記冷却部と前記支持部とに分配して供給されるステップと、
前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と同じ流量配分に保つステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記同じ流量配分に保つステップが、前記支持部の流路抵抗を流量制御弁により制御することにより行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記流量制御弁が前記超電導コイルに流れる電流波形により流量配分が一定になるよう制御されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
超電導コイルと、当該超電導コイルを冷却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す支持部と、冷媒を前記超電導コイルと前記支持部とに分配して供給する分配・供給部とを備える強制冷凍型超電導コイル装置において、
前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と同じ流量配分に保つよう前記支持部の流路抵抗を制御する流量制御弁を備えることを特徴とする強制冷凍型超電導コイル装置。
【請求項５】
前記超電導コイルに流れる電流の通電波形に応答して一定の流量配分に対応する前記支持部の流路抵抗となるよう前記流量制御弁を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項４記載の強制冷凍型超電導コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた電気・機械的特性から核融合炉用などの大型コイルへ適用されている強制冷凍型超電導コイル装置及びその通電時の流量制御法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の強制冷凍型超電導コイル装置を図４に模式的に示す。図４において、１００は超電導コイルを、１０２は超電導コイルをヘリウムで冷却するため超電導コイルの巻線内に設けられている冷却部を、１０４は超電導コイル１００及び冷却部１０２を支持する支持構造物等を、１０６はヘリウム供給系を、１０８はヘリウム回収系をそれぞれ示す。冷媒である超臨界ヘリウムはヘリウム供給系１０６から分配部１１０で分配され、一方のヘリウムは冷却部１０２を経て、他方のヘリウムは支持構造物１０４を経て、その後両者のヘリウムは参照番号１１７の点で一緒になりヘリウム回収系１０８で回収される。超電導コイル１００には１１２から１１４に向けて電流が流される。
【０００３】
図５は、強制冷凍型超電導コイルの冷却部１０２を流れる冷媒の流量低下現象を示す図である。パルス運転を要求される強制冷凍型超電導コイルでは、図５で破線で示されるようなパルス通電により発生する交流損失の発熱により、冷却部１０２の入口１１６における超臨界ヘリウムの入口流量が図５の参照符号Ａで示されるように低下する。なお、冷却部１０２の実際の入口は複数あるが、図４では参照番号１１６の地点で代表して表す。交流損失による発熱が大きくなると入口流量はゼロになってしまう。この場合超電導コイル１００に併設されている冷却部１０２には冷媒の超臨界ヘリウムが供給されないため、超電導コイル１００はやがて常電導に転移してしまう。このことは、冷却部１０２の入口１１６の流量条件により、超電導コイル１００の運転条件が定まることを意味している。なお、上記のような強制冷凍型超電導コイルにおいては、冷却部１０２は、複数の平行流路を有し、これらに冷媒の超臨界ヘリウムを強制的に循環させており、また、超電導コイル１００の運転上、その支持構造物１０４にも流路を設け（図示せず）、その冷却を行っている。図６に、強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路をブロック図で示す。図６に示す要素で図４と同一の要素は同一の参照番号を付してある。ヘリウム供給系１０６から供給される超電導ヘリウムの流量をｍtotal、その全体流量ｍtotalのうち冷却部１０２に分配されてそこを流れる流量をｍcoil、支持構造物１０４に分配されてそこを流れる流量をｍstrと表す。全体流量ｍtotalは超電導コイル１００の運転状態に関係なく一定である。図５の冷却部のヘリウム流量特性の初期流量を示す時間、即ち通電前あるいは非通電時の定常状態のときの流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［非通電］より図５の符号Ａに示される部分、即ち超電導コイル１００の通電中の流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［通電］は小さくなり、即ちｍcoil／ｍstr［非通電］＞ｍcoil／ｍstr［通電］となる。
【０００４】
即ち、超電導コイル１００を通電し、交流損失により超電導コイル１００内部に発熱が起こると、これにより超電導コイル１００内部の流路抵抗が大きくなり、冷却部１０２への冷媒の供給量が減ってしまう。また、発熱のない支持構造物１０４等の流路では、流路抵抗に変化がないので、超電導コイル１００の通電前あるいはパルス通電における非通電期間の発熱がない状態より多くの冷媒が流れ込む。このため、流量の配分のバランスが崩れ、冷却部１０２と支持構造物１０４等への流量配分が通電前あるいは非通電期間の安定状態と異なってしまう。つまり、冷媒が多く必要な冷却部１０２には実際には冷媒が少なく供給され、冷媒があまり必要のない支持構造物１０４等へ冷媒が必要以上に供給されてしまい、超電導コイル１００の運転に支障をきたすという問題が生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、通電に流量配分の崩れを生じない強制冷凍型超電導コイル装置及びその通電時の流量制御法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、超電導コイルと、当該超電導コイルを冷却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す支持部とを備える強制冷凍型超電導コイル装置の通電時の冷媒の流量を制御する本発明の方法は、冷媒が前記冷却部と前記支持部とに分配して供給されるステップと、前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と実質的に同じ流量配分に保つステップとを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、超電導コイルと、当該超電導コイルを冷却するため冷媒を通す冷却部と、前記超電導コイル及び前記冷却部を支持し且つ自身を冷却するため冷媒を通す支持部と、冷媒を前記超電導コイルと前記支持部とに分配して供給する分配・供給部とを備える本発明の強制冷凍型超電導コイル装置は、前記超電導コイルの通電中における前記冷却部を流れる冷媒の流量と前記支持部を流れる冷媒の流量の流量配分を前記超電導コイルの非通電時の流量配分と実質的に同じ流量配分に保つよう前記支持部の流路抵抗を制御する流量制御弁を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を以下に図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態による強制冷凍型超電導コイル装置を模式的に示す図である。図１において、図４と同一の参照番号で示される要素は、図４にその参照番号で示される要素と同一であり、それらの要素の説明を繰り返さない。この実施形態の特徴は、支持構造物１０４の冷媒流路に流量制御弁１０を設け、この流量制御弁１０を超電導コイル１００の通電と同時に制御する点にある。超電導コイル１００の通電により超電導コイル１００内部に発熱が起こると、これにより冷却部１０２の冷媒の流路抵抗が大きくなるが、これに併せてこの支持構造物１０４等の冷媒流路に設けた流量制御弁１０を制御し、冷却部１０２の流路抵抗と支持構造物１０４等の流路抵抗との比率を通電前の比率と同じに保つようにする。これにより、支持構造物１０４等への冷媒の過剰な流れ込みを防止し、冷媒流量の配分を不変にすることができる。
【０００９】
図２に、図１に示される強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路をブロック図で示す。図２に示す要素で図１と同一の要素は同一の参照番号を付してある。ヘリウム供給系１０６から供給される超電導ヘリウムの流量をｍtotal、その全体流量ｍtotalのうち冷却部１０２に分配されてそこを流れる流量をｍcoil、支持構造物１０４に分配されてそこを流れる流量をｍstrと表す。全体流量ｍtotalは超電導コイル１００の運転状態に関係なく一定である。超電導コイル１００の通電中の流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［通電］が冷却部１０２のヘリウム流量特性の初期流量を示す時間、即ち通電前あるいは非通電期間の定常状態のときの流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［非通電］を保つ、即ちｍcoil／ｍstr［通電］＝比率ｍcoil／ｍstr［非通電］となるように流量制御弁１０により支持構造物１０４の流路抵抗を制御し、冷却部１０２及び支持構造物１０４への流量配分を不変に保つ。
【００１０】
図３は、本発明の別の実施形態による強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路への流量配分の制御を示すブロック図である。図３に示す要素で図１と同一又は類似の要素は同一又は類似の参照番号を付してある。図３において、１２は超電導コイル１００に通電するための電源を、１４は流量制御弁１０ａを制御する流量弁制御手段をそれぞれ示す。通電により超電導コイル１００内部の発熱は、その超電導コイル１００の通電波形によって異なる。このため、この実施形態においては、超電導コイル１００に通電する電源１２の制御と冷却部１０２への冷媒の流量制御を連動させることにより流量制御弁の自動制御を可能にするものである。そのため、流量弁制御手段１４は、電源１２により超電導コイル１００に流される電流の通電波形に応答して、支持構造物１０４の流路抵抗を変えることにより超電導コイル１００の通電中の流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［通電］が冷却部１０２のヘリウム流量特性の初期流量を示す時間、即ち通電前あるいは非通電時の定常状態のときの流量分配の比率ｍcoil／ｍstr［非通電］を保つよう流量制御弁１０ａを制御する。これにより、簡便に、冷却部１０２及び支持構造物１０４への流量配分を不変に保つことができる。
【００１１】
なお、本発明は、流量制御弁１０、１０ａを用いて制御することに限定されず、要は支持構造物１０４の冷媒流路に設けられ、通電中の冷却部１０２の流路抵抗と支持構造物１０４等の流路抵抗との比率を非通電時の比率と同じに保つようにするいずれの機構及び方法を含む。また、冷媒は上記実施形態では超臨界ヘリウムであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、超電導コイルを超電導状態まで冷却できるいずれの物質でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による強制冷凍型超電導コイル装置を模式的に示す図である。
【図２】図１に示される強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路を示すブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態による強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路への流量配分の制御を示すブロック図である。
【図４】従来の強制冷凍型超電導コイル装置を模式的に示す図である。
【図５】強制冷凍型超電導コイルの冷却部１０２を流れる冷媒の流量低下現象を示す図である。
【図６】図５の強制冷凍型超電導コイルの冷媒流路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ  制御弁
１２  電源
１４  流量弁制御手段
１００  超電導コイル
１０２  冷却部
１０４  支持構造物
【図１】
0003879295.tif 000002
【図２】
0003879295.tif 000003
【図３】
0003879295.tif 000004
【図４】
0003879295.tif 000005
【図５】
0003879295.tif 000006
【図６】
0003879295.tif 000007