(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイル装置に接続されヘリウムを導く真空断熱配管と、この真空断熱配管に接続されヘリウムを収容する回収タンクと、を備え、
前記真空断熱配管には、該真空断熱配管の軸方向に沿って間隔をあけて複数のヒータが設けられるとともに、該複数のヒータの間の各位置及び真空断熱配管の出口に測定部をもつ複数の温度計が設けられ、各温度計の計測値に応じて前記複数のヒータの出力を制御することを特徴とする超電導コイルのヘリウム回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導コイルにクェンチ現象が発生したとき内部のヘリウムを回収する超電導コイルのヘリウム回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導コイルにクェンチ現象が発生すると、内部の温度が上昇しヘリウムガスの圧力が上昇するので、この圧力上昇によるコイルの破壊を避けるため、内部のガスを外部に放出しなければならない。ここでクェンチ現象とは、超電導コイルを形成する超電導線の一部が、摩擦熱や、超電導線の臨界状態（磁束密度、歪み率、温度）を超えた場合、または電流転移現象により、超伝導状態より、常伝導状態に移転することを言い、常伝導に移転すると、移転した部分でジュール熱が発生し、連鎖的に常伝導部分が伝搬する。この発熱により超電導コイルを冷却しているヘリウムガスが加熱され、ヘリウムガスの圧力が上昇する。
【０００３】
クェンチ現象が発生すると、ヘリウムガスの圧力が高くなるので、超電導コイルの破損を防止するため、実験室規模のものでは直接大気放出していたが、実用規模のプラントではタンク等に回収する。この場合、超電導コイル近傍ではヘリウムの温度は４．５Ｋ程度の超低温であり、へリウムガスを回収する低温タンク（通常液体窒素により８０Ｋ程度まで冷却されるので、８０Ｋ中圧回収タンクと呼ばれる。）に発生したヘリウムガスを直接導入すると、熱衝撃でタンクが破損する。このため加温器を設け、大気により加温し、８０Ｋ程度にしてからタンクに回収するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、核融合炉用や電力貯蔵用超電導コイルは、ヘリウムガス貯蔵量が膨大であり、蓄積エネルギー量も膨大であるので、急速にヘリウムガスを抜き取るためには、大口径の配管を用い、多数の加温器を設置する必要がある。また、真空断熱配管を使用したクェンチガスラインでは、回収タンクに直接低温ガスが流入し、タンクの熱応力割れの恐れがある。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、超電導コイルから発生する低温のヘリウムガスの温度を制御して回収タンクに導くようにした超電導コイルのヘリウム回収装置を提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明では、超電導コイル装置に接続されヘリウムを導く真空断熱配管と、この真空断熱配管に接続されヘリウムを収容する回収タンクと、を備え、前記真空断熱配管には、該真空断熱配管の軸方向に沿って間隔をあけて複数のヒータが設けられるとともに、該複数のヒータの間の各位置及び真空断熱配管の出口に測定部をもつ複数の温度計が設けられ、各温度計の計測値に応じて前記複数のヒータの出力を制御する。
【０００７】
クェンチ現象が発生し、生じたヘリウムガスは真空断熱配管に導かれる。真空断熱配管内では温度計によりヘリウムガスの温度を計測し、その温度が回収タンクに熱衝撃を与えない温度になるまでヒータで加熱して、回収タンクに送り込む。これにより回収タンクは熱衝撃から免れることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の超電導コイルのヘリウム回収装置の構成を示す図である。超電導コイル１はヘリウムで冷却されており、４．５Ｋ程度の温度となっている。真空断熱配管２は２重管で構成され、内管５と外管６からなり、内管５と外管６の間の空間は真空として断熱層を構成しており、内管５内をヘリウムガスが流れる。内管５の一端は弁４を介して超電導コイル１に接続し、他端は８０Ｋ中圧回収タンク３に接続されている。８０Ｋ中圧回収タンク３は液体窒素（温度７８ｋ）によりほぼ８０ｋの温度に保持されているタンクである。
【００１１】
真空断熱配管２の内管５外周には軸に沿って４個の電気ヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が設置されている。内管５の内部で各ヒータのヘリウムガスの流れ方向上流側に測定部を有する温度計Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、内管５の出口に測定部を持つ温度計Ｔ５が設けられている。また、内管５内部の入り口と出口に測定部を有する圧力計Ｐ１，Ｐ２が設けられている。各ヒータＨ１〜Ｈ４はヒータ制御装置により制御される。各温度計Ｔ１〜Ｔ５の計測データは温度伝送器８を介してパーソナルコンピュータ９に送られ、パーソナルコンピュータ９は各温度計Ｔ１〜Ｔ５および圧力計Ｐ１，Ｐ２のデータに基づき各ヒータＨ１〜Ｈ４の制御データをヒータ制御装置７に指示する。
【００１２】
次にクェンチ現象発生時の動作について説明する。
▲１▼  クェンチ現象により超電導コイル１内に発生したヘリウムガスの圧力を逃がすために、超電導コイル１と真空断熱配管２の間の弁４を開く。
▲２▼  超電導コイル１内では、ヘリウムの圧力は、上昇しているが、圧力逃がし口の温度は、４．５Ｋ近傍であるので、断熱膨張により、ヘリウム自体の温度は下がる。一方、真空断熱配管２の内管５は80K から３００Ｋ（常温）の間の温度であるので、放出されたヘリウムは温められる。
▲３▼  ヘリウムを放出した初期段階では、真空断熱配管２の熱容量により、ヘリウム放出前の真空断熱配管２の温度と同程度の温度のヘリウムガスが８０Ｋ中圧回収タンク３に流れ込む。
▲４▼  真空断熱配管２の形状に依存するが、時間がたつと真空断熱配管２も冷却され、温度の低いヘリウムガスが８０Ｋ中圧回収タンク３に流入する。ここで、８０Ｋ中圧回収タンク３の熱容量が真空断熱配管２の熱容量よりも大きいので、流れ込むヘリウムガス温度と８０Ｋ中圧回収タンク３の温度の間に温度差が発生する。そのまま放置すれば、大きな温度差となり、熱衝撃により８０Ｋ中圧回収タンク３は壊れる危険性が生ずる。
▲５▼  そこで、真空断熱配管２の内管５の温度監視を行いながら、真空断熱配管に設けられたヒータＨ１〜Ｈ４により放出されるヘリウムを加熱する。
【００１３】
ヒータＨ１〜Ｈ４の出力制御は、温度計Ｔ１〜Ｔ５の計測値に基づき行われる。温度計Ｔ１〜Ｔ５による出力制御は、流れるヘリウムの温度を温度計Ｔ１〜Ｔ５の位置に応じてあらかじめ定めた温度になるようにヒータＨ１〜Ｈ４の出力を調整するものである。温度制御を小区間にて行うのは、ヘリウムの物性が温度と圧力により変化するからである。
【００１４】
図２はクェンチ現象発生により行われたヒータ出力制御による温度計Ｔ１〜Ｔ５と圧力計Ｐ１，Ｐ２の計測値を示す図である。丸数字１はヘリウムガス発生開始時を示し、丸数字２は温度計Ｔ２によりヒータＨ１の制御開始を示し、丸数字３は温度計Ｔ３によりヒータＨ２の制御開始を示し、丸数字４は温度計Ｔ４によりヒータＨ３の制御開始を示す。この場合、温度計Ｔ５は所定温度８０Ｋになっているので、ヒータＨ４の加熱は行われない。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、超電導コイルから発生するクェンチ現象によるヘリウムガスを回収タンク等の下流側機器に導く真空断熱配管を設け、この内部にヒータを設け、出口温度を制御して下流側に取り付けられた機器を熱衝撃から保護する。これにより従来用いられていた加温器を不要または設けてもそのサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】ヒータ制御による温度計と圧力計のデータを示す。
【符号の説明】
１  超電導コイル
２  真空断熱配管
３  ８０Ｋ中圧回収タンク
４  弁
５  内管
６  外管
７  ヒータ制御装置
８  温度伝送器
９  パーソナルコンピュータ
【図１】
0004178486.tif 000002
【図２】
0004178486.tif 000003