JP3829169B2 - Central solenoid coil support device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合装置に適用される中心ソレノイドコイルの支持装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、核融合装置は、図10に示すように、ドーナツ状のプラズマ1を包囲形成する第一壁2、ブラケット3、ダイバータ4を備えるとともに、これらダイバータ4等の外側を包囲形成し内部を高真空に維持する真空容器5とを備えている。
【0003】
また、核融合装置は、磁場を発生させてプラズマ1を閉じ込めるトロイダル磁場コイル6を真空容器5の外側に向かって放射状に配置するとともに、真空容器5の外側の周方向に沿ってポロイダル磁場コイル7を配置する一方、トロイダル磁場コイル6やポロダイル磁場コイル7等の全ての構成部品を覆設するクライオスタット8を備えて構成されている。
【0004】
このような構成を備えた核融合装置のプラズマ中心軸CLには、プラズマ1に電流を誘起し、かつ初期の過程においてプラズマ1を加熱させる中心ソレノイドコイル9が設けられている。この中心ソレノイドコイル9は超電導体で形成されており、その外側の隣接する領域にはトロイダル磁場コイル6が配置され、空間が狭くなっている。しかし、この狭くなっている空間領域は磁場が低くなっており、コイル間の渡り線や口出し部を備えることが好都合であることを考慮すると、一定の距離を確保しておくことが必要とされる。このため、中心ソレノイドコイル9は、図11〜図13に示す支持装置を採用し、トロイダル磁場コイル6との狭い空間であっても一定の距離を確保するようになっている。なお、図11は、中心ソレノイドコイルの支持構造体の概略組立て図を、図12は、図11の斜視図を、図13は、図11のX部の部分拡大図をそれぞれ示している。
【0005】
中心ソレノイドコイルの支持装置は、図11に示すように、円筒体10の外側に底部から頂部に向ってリング状のソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……を積み重ね、積み重ねたソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……を円筒体10の底部と頭部とのそれぞれに図12で示すような、閉塞板11a,11bを設け、閉塞板11a,11bをソレノイドコイル外周に環状列に配置されたスタッド12で固定支持し、図13で示すように、リング状のソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……を支持する構造になっている。
【0006】
このように、従来の中心ソレノイドコイルの支持装置では、円筒体10の外側の筒軸に沿ってソレノイドコイルA,ソレノイドコイルB、……を積み重ね、積み重ねたソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……の頭部および底部に閉塞板11a、11bでスタッド12を介して支持固定させ、超電導ソレノイドコイルA、B……をプラズマ1の中心軸に対し、コンパクトに配置させていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、中心ソレノイドコイルの支持装置は、設計にあたり、下記の技術事項が必要とされている。
【0008】
(1)中心ソレノイドコイルの支持装置は、冷凍運転時、ソレノイドコイルの熱収縮に追従できるとともに、設計時のソレノイドコイルの整列配置が維持できるように、ソレノイドコイルに圧縮荷重がかかっていることが必要とされる。
【0009】
(2)中心ソレノイドコイルのトロイダルコイル側は、ソレノイドコイルの口出し部や渡り線を確保する必要上、一定の空間部分を必要とする。このため、中心ソレノイドコイルの支持装置は、中心ソレノイドコイルをコンパクトに収容配置できる構造のものが必要とされる。
【0010】
(3)中心ソレノイドコイルの支持装置は、狭い場所に設置する関係上、分解・組立てが容易にできる構造のものが必要とされる。
【0011】
(4)中心ソレノイドコイルの支持装置は、トロイダル方向に電気的絶縁が行なわれていることが必要とされる。
【0012】
(5)中心ソレノイドコイルの支持装置は、ソレノイドコイルの冷凍運転時に発生する熱収縮が激しいので、この熱収縮にも対処できる構造のものが必要とされる。また、励磁時のソレノイドコイルには、上述の熱収縮のほかに、その半径方向および軸方向のそれぞれに電磁力Fr,Fzが作用し、さらにトロイダルコイルやプラズマから受ける不平衡力が発生する。このため、中心ソレノイドコイルの支持装置は、これらの力に充分に抗する構造のものが必要とされる。
【0013】
中心ソレノイドコイルの支持装置は、上述の設計要求事項と図11〜図13で示した従来のものとを対比してみると、以下に示すいくつかの問題点があった。
【0014】
(1)冷凍運転時、ソレノイドコイルの熱収縮量は、中心ソレノイドコイルの支持装置の熱収縮量に較べて大きいので、ソレノイドコイルを中心ソレノイドコイルの支持装置に組立てるにあたり、油圧ジャッキ等を用い予めソレノイドコイルの軸方向に圧縮荷重を加えてから組立て作業を行っていた。
【0015】
しかし、ソレノイドコイルの熱収縮量が大きいため、油圧ジャッキ等による予備的圧縮力では不充分であり、実際には冷凍運転時、そのソレノイドコイルをその支持装置との間に引張(支持装置側)/圧縮(ソレノイドコイル側)荷重が大幅に低減し緩むか、ギャップが生じ、その支持装置のコイル支持の機能を果たすことができない問題点があった。特に、運転中、ソレノイドコイルには、軸方向に電磁力Fzのほかに不平衡力が働いている。このため、ソレノイドコイルとその支持装置との間にギャップがあると、不平衡力が核融合装置の運転状況によっては衝撃荷重となり、その支持装置の強度を高く維持できなくなる不安がある。
【0016】
(2)従来のソレノイドコイルの支持装置は、軸方向に積み重ねたソレノイドコイルの頭部側と底部側とのそれぞれに閉塞板を設け、ソレノイドコイル群を挟み、スタッドを介して支持固定している。一方、ソレノイドコイル群の外側(トロイダルコイル側)は、磁場が比較的低いことを利用して各ソレノイドコイルの口出しやソレノイドコイル間の渡り線を配置する空間領域としていた。
【0017】
しかし、従来のソレノイドコイルの支持装置には、閉塞板を支持するスタッドがあるため、口出し部や渡り線の配置位置が制限されたり、口出し部等の配置位置が所定位置に設けることができない問題点があった。
【0018】
(3)従来のソレノイドコイルの支持装置は、ソレノイドコイルを組立て、分解する際、予めソレノイドコイルに油圧ジャッキ等で圧縮力を与えた後、スタッドからボルト等を緩める作業を行っている。このため、ソレノイドコイルの支持装置は、組立て分解毎に油圧ジャッキや大型の支持治具を搬入出させる作業が加わり、作業者に多くの労力を強いていた。
【0019】
(4)プラズマの立上がり運転時、ソレノイドコイルに与える電流を変化させると、ソレノイドコイルの磁束が変化する。このため、ソレノイドコイルの支持装置各部には、トロイダル方向に渦電流が生じ、ジュール発熱に伴う真空容器の冷凍能力を低下させたり、また、電磁力の変化に伴う衝撃力がソレノイドコイルの支持装置に加わり、長年の使用の結果、その強度を低下させる等の問題点があった。
【0020】
(5)従来のソレノイドコイルの支持装置は、円筒体の外側にソレノイドコイルを積み重ね、積み重ねたソレノイドコイルの頭部側と底部側に閉塞板を設け、閉塞板の周方向に沿って設けたスタッドによりソレノイドコイルを固定支持させているが、スタッドの本数が多いため、冷却時間、特にクライオスタット内の温度の低下時間により多くの時間を要する等の問題点があった。
【0021】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、運転中にソレノイドコイルに発生する熱収縮に充分に追従し、ソレノイドコイルのトロイダルコイル側との空間が確保できるようにコンパクトに設置でき、さらに組立て、分解を容易に行うことができ、プラズマの立上がり運転時、渦電流の発生を少なくさせるとともに、運転中の冷凍能力を高めて機械的強度を高い状態に維持させた中心ソレノイドコイルの支持装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項1に記載したように、クライオスタット内に収容され、トーラス状に形成した真空容器と、この真空容器の周方向に等間隔に放射状に配置されたトロイダル磁場コイルと、このトロイダル磁場コイルに隣接し、かつ上記クライオスタットの中心軸の軸方向に沿って積み重ねた中心ソレノイドコイルを支持する支持構造体を備えた中心ソレノイドコイルの支持装置おいて、上記支持構造体を主柱軸と主柱筒体とで構成し、この主柱筒体の周方向に沿ってその上部に環状に配置されこの主柱筒体の外周に積み重ねた中心ソレノイドコイルに押圧力を与えるブラケットと、このブラケットと上記中心ソレノイドコイルとの間に設けられ、上記主柱筒体と上記中心ソレノイドコイルとの相対的変位を吸収するコイル・支持構造体相対変位吸収装置とを備えたものである。
【0023】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項2に記載したように、コイル・支持構造体相対変位吸収装置を、複数積み重ねられた皿バネと皿バネの中間部分に介挿させた皿バネ固定板と、皿バネを支持するスタッドと、スタッドを支持するスタッド固定座板と、スタッドを固定させるナットと、上記スタッド固定座板を摺動させ、かつ中心ソレノイドコイルの頭部側を押えるプレート板とで構成したものである。
【0024】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項3に記載したように、プレート板に、上記中心ソレノイドコイルの熱収縮による径方向の動きを皿バネに伝えないためにスタッド固定座板を摺動させる溝を設けたものである。
【0025】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項4に記載したように、皿バネは、皿バネ固定板を境に頭部側と底部側とで逆向きに配置した、ものである。
【0026】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項5に記載したように、上記支持構造体および上記ブラケットは、その周方向に、トロイダル磁場コイルの分割延長線に沿って上記支持構造体軸方向に延びるトロイダルギャップにより分割され、このトロイダルギャップに絶縁シートを介挿して接続したものである。
【0027】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項6に記載したように、前記分割された支持構造体およびブラケットは絶縁ボルトにより接続させたことを特徴とするものである。
【0028】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項7に記載したように、主柱軸を、リブを介して主柱筒体に接続させたことを特徴とするものである。
【0029】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項8に記載したように、主柱筒体の外側周方向に沿って配置したブラケットを、ブラケットキーを介して上記主柱筒体に係合させたことを特徴とするものである。
【0030】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項9に記載したように、コイル・支持構造体相対変位吸収装置を、板バネの頭部側を支持する押えプレートと、板バネを支持するスタッドと、板バネの底部側を支持する板バネ固定座板と、この板バネ固定座板を摺動させ、かつ中心ソレノイドコイルの頭部側を押えるプレート板とで構成したものである。
【0031】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項10に記載したように、プレート板に、上記中心ソレノイドコイルの熱収縮による径方向の動きを前記板バネに伝えないため板バネ固定座板を摺動させる溝を設けたものである。
【0032】
本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、上記目的を達成するために、請求項11に記載したように、板バネを多角形に形成したものである。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置に実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【0034】
図1は、本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置を組み込んだ核融合装置の実施形態を示す概略全体斜視図である。
【0035】
本実施形態に適用される核融合装置は、円筒状の断熱真空容器としてのクライオスタット13内に、プラズマ14を閉じ込めるトーラス状の真空容器15が収容されている。この真空容器15は、その内周側に組み込まれ、プラズマ14で発生する放射性物質の遮蔽を行う遮蔽体16を備えている。また、真空容器15は、その底部側に設けられ、核融合反応に必要のない不純物粒子を除去し、核融合反応に用いられなかったヘリウムを排気を行うダイバータ17を備えている。
【0036】
また、真空容器15の外側周辺には、プラズマ14を取り囲む磁力線を発生させるコイル群18が設けられている。コイル群18は、主にプラズマを閉じ込める磁力線を形成するトロイダル磁場コイル19と、トロイダル磁場コイル19により閉じ込められたプラズマ14の位置・形状を制御する磁力線を形成するポロダイル磁場コイル20とが設けられている。
【0037】
さらに、真空容器15とクライオスタット13との間には、上部ポート21、水平ポート22、排気ダクト23が設けられている。上部ポート21は、容器内に収容された構造物の保守・点検・交換を行う開口部として機能させ、通常はプラグ(図示せず)で塞がれている。また、排気ダクト23は、ダイバータ17に集められたヘリウム等を真空容器15の外に排気させるようになっている。水平ポート22は、主にプラズマ加熱装置(図示せず)が挿入されている。
【0038】
他方、プラズマ14には、その中心軸CLを包囲形成し、ソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、ソレノイドコイルC、ソレノイドコイルD、…を軸方向に沿って順次積み重ねた中心ソレノイドコイル24が設けられている。
【0039】
中心ソレノイドコイル24は、図2および図3に示すように、支持構造体25により支持されている。この支持構造体25は、主柱軸26の外側に円筒状に形成され、リブ27を介して接続された主柱筒体28と、この主柱筒体28の外側にソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……を順次積み重ねた中心ソレノイドコイル24と、中心ソレノイドコイル24の底部側および頭部側のそれぞれを押さえる環状のプレート板29a、29bのうち、その頭部側のプレート板29bと環状に配置したブラケット30との間に設けたコイル・支持構造体相対変位吸収装置31とを備えて構成される。なお、支持構造体25およびブラケット30は、図3に示すように、その軸方向に、かつトロイダル磁場コイル(図示せず)の端部からの延長線上にトロイダルギャップGにより分割され、プラズマの燃焼終了時までに繰り返される磁界変動に際し、発生する渦電流を低く抑えるようになっている。
【0040】
コイル・支持構造体相対変位吸収装置31は、図4に示すように、主柱筒体28の周方向に沿ってその上部に環状に配置され、かつブラケットキー32で係合させた断面コ字状のブラケット30と、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24の頭部側を押さえるプレート板29bとの間に設けた皿バネ33とを備えて構成される。
【0041】
この皿バネ33は、その中間部分に皿バネ固定板34を介挿させ、皿バネ固定板34を境に頭部側と底部側とで逆向きに配置して軸方向に沿って複数枚にして積み重ね、スタッド35およびナット36により固定支持されている。また、皿バネ33は、その底部にスタッド固定座板37を設けるとともに、運転中に発生する中心ソレノイドコイル24の熱収縮に対してプレート板29bは溝38を摺動し、スタッド固定座板37に対して半径方向に移動することができるようにしている。
【0042】
また、主柱軸26、主柱筒体28、およびその周方向に沿って配置されたブラケット30は、図5に示すように、トロイダル磁場コイル19の端部の分割延長線Pに沿って延びるトロイダルギャップGにより分割されており、トロイダルギャップGに絶縁シート39を介挿させて接続することにより磁界変動に際し、発生する渦電流を低く押さえるようになっている。
【0043】
また、一方のブラケット30aと隣のブラケット30bとは、図6に示すように、絶縁キー32aにより互いを係合させるとともに、トロイダルギャップGに絶縁シート39を介挿させて絶縁ボルト40により互いを固定している。
【0044】
図示していないが、周方向に分割された主柱軸26、および主柱筒体28においても、絶縁キーにより隣接する主柱軸および主柱筒体を互いに係合させ、トロイダルギャップGに絶縁シート39を介挿させて絶縁ボルト40で互いに固定している。
【0045】
次に作用を説明する。
【0046】
中心ソレノイドコイル24は、ソレノイドコイルA、ソレノイドコイルB、……を組立てる際、各ソレノイドコイルA、B、……に圧縮力を与えるか、または支持構造体25を加熱してブラケット30と積み重ねたソレノイドコイルとの空間距離を拡開させ、拡開させた空間距離にコイル・支持構造体相対変位吸収装置31としての皿バネ33等を設置する。皿バネ33等の設置が終了すると、各ソレノイドコイルA、B、……が軸方向に伸びるか、あるいは主柱筒体28が収縮し、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との空間距離が狭まり、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間には、熱膨張差の相違により相対的変位が発生する。このとき、コイル・支持構造体相対変位吸収装置31は、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間に発生した相対的変位を皿バネ33の持つ弾性力と、皿バネ固定板34を境に互いを逆向きに配置した皿バネ33の相互共調とにより吸収させる。
【0047】
また、冷凍運転時、中心ソレノイドコイル24と支持構造体25の主柱筒体28とは、ともに収縮するが、その際、熱膨張差の相違によりブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間に相対的変位が発生する。しかし、このときの相対的変位も、ソレノイドコイル軸方向の変位に対しては皿バネ33の持つ弾性力で、コイル径方向の変位に対してはスタッド固定座板37に対し、中心ソレノイドコイル24を押さえるプレート板29が半径方向へ移動することにより吸収される。
【0048】
このように、本実施形態は、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間にコイル・支持構造体相対変位吸収装置31を設け、中心ソレノイドコイル24と支持構造体25との相対的変位をコイル・支持構造体相対変位吸収装置31により吸収させる一方、支持構造体25のブラケット30かつ支持構造体相対変位吸収装置31を介して中心ソレノイドコイル24に押圧力(圧縮力)を与え、運転中、ソレノイドコイル24に発生する不平衡電磁力を支持構造体に効果的に伝えるようにし、また支持構造体25およびブラケット30から発生する渦電流を抑制することができ、中心ソレノイドコイル24を安定状態に維持させて運転することができる。
【0049】
また、本実施形態は、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間に皿バネ33、皿バネ固定板34、スタッド35、ナット36、スタッド固定座板37を備えたコイル・支持構造体相対変位吸収装置31を設けたので、特殊な治工具を必要とすることなく中心ソレノイドコイル24の分解・組立てを容易に行うことができ、狭い場所での作業者の労力をより一層少なくさせることができる。
【0050】
図7は、本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持構造体の第2実施形態を示す概略部分図である。なお、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0051】
本実施形態は、支持構造体25の主柱筒体28の外側に配置した中心ソレノイドコイル24と、頭部側をブラケットキー32で固定支持したブラケット30との間に設けたコイル・支持構造体相対変位吸収装置31は、第1実施形態の皿バネから板バネ41にしたものである。なお、支持構造体25は、第1実施形態の構成と同一なので、その説明を省略する。
【0052】
板バネ41は、主柱筒体28の軸方向に沿って積み重ね、スタッド42により固定支持させるとともに、頭部側に押えプレート43を、底部側に板バネ固定座板44をそれぞれ設けている。なお、ブレード板29bは板バネ固定座板44に対して、第1実施形態と同様に、運転中に発生する中心ソレノイドコイル24の熱収縮に対して溝38を摺動し、その半径方向に移動することができるようにしている。
【0053】
また、板バネ41は、例えば図8に示すように、六角形等の多角形に形成し、押えプレート43を介してスタッド42により固定支持されている。また、主柱軸、主柱筒体および主柱筒体28の周方向に沿って配置されたブラケット30は、図8に示すように、第1実施形態と同一構成になっており、一方のブラケット30aと隣のブラケット30bとの間にトロイダル磁場コイル19の端部の分割延長線Pに沿って延びるトロイダルギャップGに絶縁シート39を介挿させて磁界変動に際し、発生する渦電流を低く抑えるようになっている。
【0054】
さらに、一方のブラケット30aと隣のブラケット30bとは、図9に示すように、第1実施形態と同一構成になっており、主柱筒体28の頭部側に設けた絶縁キー32aにより互いを係合させるとともに、トロイダルギャップGに絶縁シート39を介挿させて絶縁ボルト40により互いを固定している。
【0055】
また分割された主柱軸、主柱筒体も第1実施形態と同一構成になっている。
【0056】
このように、本実施形態は、ブラケット30と中心ソレノイドコイル24との間に、板バネ41、スタッド42、押えプレート43、板バネ固定座板44を備えたコイル・支持構造体相対変位吸収装置31を設け、中心ソレノイドコイル24と支持構造体25との相対的変位をコイル・支持構造体相対変位吸収装置31により吸収させる一方、支持構造体25のブラケット30から支持構造体相対変位吸収装置31を介して中心ソレノイドコイル24に押圧力を与え、運転中、中心ソレノイドコイル24に発生する不平衡電磁力を効果的に支持構造物に伝えるようにしたので、第1実施形態と同様に、中心ソレノイドコイル24から発生する渦電流を抑制することができ、中心ソレノイドコイル24を安定状態に維持させて運転することができる。なお、本実施形態は、コイル・支持構造体相対変位吸収装置31として板バネ41を適用しているので、第1実施形態の皿バネ33に較べバネ定数の許容範囲を広くすることができ、中心ソレノイドコイル24と支持構造体25との相対変位が高い場合に有効である。
【0057】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置は、主柱軸と主柱筒体とを備えるとともに、主柱筒体の外側に配置した中心ソレノイドコイルに押圧力を与えるブラケットと、中心ソレノイドコイルと主柱筒体との相対的変位を吸収するコイル・支持構造体相対変位吸収装置とを設けたので、中心ソレノイドコイルと支持構造体との相対的変位をコイル・支持構造体相対変位吸収装置により吸収させる一方、支持構造体のブラケットかつ支持構造体相対変位吸収装置を介して中心ソレノイドコイルに押圧力を与え、運転中、ソレノイドコイルに発生する不平衡電磁力を支持構造体に効果的に伝えるようにし、また支持構造体およびブラケットから発生する渦電流を抑制することができ、中心ソレノイドコイルを安定状態に維持させて運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置を組み込んだ核融合装置を示す概略全体斜視図。
【図2】本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置の第1実施形態を示す概略半分縦断面全体図。
【図3】図2のA−A矢視方向から見た平断面図。
【図4】図2のY部の概略部分拡大図。
【図5】図4のB−B矢視方向切断断面図。
【図6】図4のC−C矢視方向切断断面図。
【図7】本発明に係る中心ソレノイドコイルの支持装置の第2実施形態を示す概略部分図。
【図8】図7のD−D矢視方向切断断面図。
【図9】図7のE−E矢視方向切断断面図。
【図10】従来の核融合装置を示す概略半分縦断面図。
【図11】従来の中心ソレノイドコイルの支持装置を示す概略全体図。
【図12】図11に示す中心ソレノイドコイルの支持装置の概略斜視図。
【図13】図11のX部の概略部分拡大図。
【符号の説明】
1 プラズマ
2 第一壁
3 ブラケット
4 ダイバータ
5 真空容器
6 トロイダル磁場コイル
7 ポロダイル磁場コイル
8 クライオスタット
9 超電導ソレノイドコイル
10 円筒体
11a,11b 閉塞板
12 スタッド
13 クライオスタット
14 プラズマ
15 真空容器
16 遮蔽体
17 ダイバータ
18 コイル群
19 トロイダル磁場コイル
20 ポロダイル磁場コイル
21 上部ポート
22 水平ポート
23 排気ダクト
24 中心ソレノイドコイル
25 支持構造体
26 主柱軸
27 リブ
28 主柱筒体
29a,29b プレート板
30,30a,30b ブラケット
31 コイル・支持構造体相対変位吸収装置
32 ブラケットキー
32a 絶縁キー
33 皿バネ
34 皿バネ固定板
35 スタッド
36 ナット
37 スタッド固定座板
38 溝
39 絶縁シート
40 絶縁ボルト
41 板バネ
42 スタッド
43 押えプレート
44 板バネ固定座板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a support device for a central solenoid coil applied to a nuclear fusion device.
[0002]
[Prior art]
In general, as shown in FIG. 10, a nuclear fusion apparatus includes a
[0003]
In addition, the fusion apparatus radially arranges the toroidal magnetic field coils 6 that generate the magnetic field and confine the plasma 1 toward the outside of the
[0004]
A
[0005]
As shown in FIG. 11, the central solenoid coil supporting device is formed by stacking a ring-shaped solenoid coil A, solenoid coil B,... The coils B,... Are provided with
[0006]
Thus, in the conventional central solenoid coil support device, the solenoid coil A, solenoid coil B,... Are stacked along the cylinder axis outside the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, the support device for the central solenoid coil requires the following technical matters in designing.
[0008]
(1) The support device for the central solenoid coil is capable of following the thermal contraction of the solenoid coil during the refrigeration operation, and that the solenoid coil is subjected to a compressive load so that the alignment arrangement of the solenoid coil at the time of design can be maintained. Needed.
[0009]
(2) The toroidal coil side of the central solenoid coil requires a certain space portion in order to secure a lead-out portion and a connecting wire of the solenoid coil. For this reason, the support device for the central solenoid coil is required to have a structure capable of accommodating and arranging the central solenoid coil in a compact manner.
[0010]
(3) The support device for the central solenoid coil is required to have a structure that can be easily disassembled and assembled because it is installed in a narrow place.
[0011]
(4) The support device for the central solenoid coil is required to be electrically insulated in the toroidal direction.
[0012]
(5) The support device for the central solenoid coil has a structure that can cope with the heat shrinkage because the heat shrinkage generated during the freezing operation of the solenoid coil is severe. Further, in addition to the above-described thermal contraction, electromagnetic force Fr, Fz acts on the solenoid coil at the time of excitation in the radial direction and the axial direction, respectively, and an unbalanced force received from the toroidal coil or plasma is generated. For this reason, the support device for the central solenoid coil is required to have a structure that sufficiently resists these forces.
[0013]
The central solenoid coil supporting device has the following problems when compared with the above-described design requirements and the conventional one shown in FIGS.
[0014]
(1) During the freezing operation, the amount of heat shrinkage of the solenoid coil is larger than the amount of heat shrinkage of the support device for the central solenoid coil. Therefore, when assembling the solenoid coil to the support device for the center solenoid coil, use a hydraulic jack or the like in advance. Assembly work was performed after applying a compressive load in the axial direction of the solenoid coil.
[0015]
However, because the amount of heat shrinkage of the solenoid coil is large, the preliminary compression force by a hydraulic jack or the like is not sufficient. Actually, during the freezing operation, the solenoid coil is pulled between the support device (on the support device side). / There is a problem that the compression (solenoid coil side) load is greatly reduced and loosened, or a gap is generated, and the function of supporting the coil of the supporting device cannot be achieved. In particular, during operation, an unbalanced force acts on the solenoid coil in addition to the electromagnetic force Fz in the axial direction. For this reason, if there is a gap between the solenoid coil and the support device, the unbalanced force becomes an impact load depending on the operating state of the fusion device, and there is a concern that the strength of the support device cannot be maintained high.
[0016]
(2) A conventional solenoid coil support device is provided with a closing plate on each of the head side and the bottom side of the solenoid coils stacked in the axial direction, sandwiching the solenoid coil group, and supporting and fixing via a stud. . On the other hand, the outside of the solenoid coil group (toroidal coil side) is a space region where the lead of each solenoid coil and the jumper between the solenoid coils are arranged by utilizing the relatively low magnetic field.
[0017]
However, since the conventional solenoid coil support device has a stud that supports the closing plate, the arrangement position of the lead-out portion and the jumper wire is limited, and the placement position of the lead-out portion and the like cannot be provided at a predetermined position. There was a point.
[0018]
(3) When a conventional solenoid coil support device is assembled and disassembled, a compression force is applied to the solenoid coil with a hydraulic jack or the like in advance, and then a bolt or the like is loosened from the stud. For this reason, the solenoid coil support device has been subjected to a work of loading and unloading a hydraulic jack and a large support jig for each assembly and disassembly, which has required a lot of labor for the operator.
[0019]
(4) When the current applied to the solenoid coil is changed during the plasma start-up operation, the magnetic flux of the solenoid coil changes. Therefore, an eddy current is generated in the toroidal direction in each part of the support device for the solenoid coil, and the refrigeration capacity of the vacuum vessel is reduced due to Joule heat generation. In addition, there have been problems such as a decrease in strength as a result of long-term use.
[0020]
(5) A conventional solenoid coil support device is a stud in which solenoid coils are stacked on the outside of a cylindrical body, a closing plate is provided on the top side and the bottom side of the stacked solenoid coil, and the stud is provided along the circumferential direction of the closing plate. Although the solenoid coil is fixedly supported by the above-described method, there are problems such as a longer time for cooling time, particularly a time for lowering the temperature in the cryostat because of the large number of studs.
[0021]
The present invention has been made to solve such problems, and can sufficiently follow the thermal contraction generated in the solenoid coil during operation so that a space between the solenoid coil and the toroidal coil can be secured. It can be installed compactly, and it can be easily assembled and disassembled. During plasma startup operation, eddy currents are reduced, and the refrigeration capacity during operation is increased to maintain high mechanical strength. An object of the present invention is to provide a support device for a central solenoid coil.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention includes a vacuum vessel housed in a cryostat and formed in a torus shape, and a circumferential direction of the vacuum vessel. A central solenoid having a toroidal magnetic field coil arranged radially at equal intervals, and a support structure that supports the central solenoid coil that is adjacent to the toroidal magnetic field coil and is stacked along the axial direction of the central axis of the cryostat. In the coil support device, the support structure is composed of a main column shaft and a main column cylinder, and is arranged annularly at the upper portion along the circumferential direction of the main column cylinder, and the outer periphery of the main column cylinder A bracket for applying a pressing force to the central solenoid coil stacked on the central solenoid coil, and the main column cylinder and the center provided between the bracket and the central solenoid coil. It is obtained by a coil support structure relative displacement absorber for absorbing the relative displacement between Renoidokoiru.
[0023]
In order to achieve the above object, a central solenoid coil support device according to the present invention comprises, as described in
[0024]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention transmits a radial movement caused by thermal contraction of the central solenoid coil to a plate spring as described in
[0025]
In order to achieve the above object, the central solenoid coil supporting device according to the present invention is such that the disc spring is reversely directed on the head side and the bottom side with the disc spring fixing plate as a boundary. It is arranged.
[0026]
In order to achieve the above object, the support device for the central solenoid coil according to the present invention is characterized in that, as described in
[0027]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention is characterized in that, as described in claim 6, the divided support structure and the bracket are connected by an insulating bolt. Is.
[0028]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention is characterized in that the main column shaft is connected to the main column tube body via a rib as described in
[0029]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention includes, as described in
[0030]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention provides a coil / support structure relative displacement absorber as a presser for supporting the head side of a leaf spring. A plate, a stud that supports the leaf spring, a leaf spring fixed seat plate that supports the bottom side of the leaf spring, and a plate plate that slides the leaf spring fixed seat plate and presses the head side of the central solenoid coil It is composed of
[0031]
In order to achieve the above object, a support device for a central solenoid coil according to the present invention provides a plate plate with radial movement due to thermal contraction of the central solenoid coil applied to the plate spring. In order not to transmit, a groove for sliding the leaf spring fixed seat plate is provided.
[0032]
In order to achieve the above object, the central solenoid coil support device according to the present invention is a plate spring having a polygonal shape as described in claim 11.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a central solenoid coil support device according to the present invention will be described below with reference to the drawings and the reference numerals attached to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view showing an embodiment of a fusion device incorporating a support device for a central solenoid coil according to the present invention.
[0035]
In the nuclear fusion apparatus applied to the present embodiment, a torus-
[0036]
A
[0037]
Further, an
[0038]
On the other hand, the
[0039]
The
[0040]
As shown in FIG. 4, the coil / support structure relative
[0041]
The
[0042]
Further, the
[0043]
In addition, as shown in FIG. 6, one
[0044]
Although not shown, in the
[0045]
Next, the operation will be described.
[0046]
When assembling the solenoid coil A, solenoid coil B,..., The
[0047]
Further, during the refrigeration operation, the
[0048]
As described above, in this embodiment, the coil / support structure relative
[0049]
Further, in the present embodiment, the relative displacement absorption of the coil / support structure including the
[0050]
FIG. 7 is a schematic partial view showing a second embodiment of the support structure of the central solenoid coil according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the component of 1st Embodiment.
[0051]
In the present embodiment, the coil / support structure provided between the
[0052]
The leaf springs 41 are stacked along the axial direction of the main
[0053]
Further, for example, as shown in FIG. 8, the
[0054]
Further, as shown in FIG. 9, one
[0055]
The divided main column shaft and main column cylinder have the same configuration as that of the first embodiment.
[0056]
As described above, in this embodiment, the coil / support structure relative displacement absorbing device includes the
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the support device for the central solenoid coil according to the present invention includes the main column shaft and the main column cylindrical body, and a bracket for applying a pressing force to the central solenoid coil disposed outside the main column cylindrical body. The coil / support structure relative displacement absorbing device that absorbs the relative displacement between the central solenoid coil and the main column tube body is provided, so that the relative displacement between the central solenoid coil and the support structure is determined by the coil / support structure. While being absorbed by the relative displacement absorbing device, a pressing force is applied to the central solenoid coil via the bracket of the supporting structure and the supporting structure relative displacement absorbing device, and unbalanced electromagnetic force generated in the solenoid coil during operation is supported by the supporting structure. The center solenoid coil in a stable state, and the eddy current generated from the support structure and bracket can be suppressed. It can be operated by lifting.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view showing a nuclear fusion apparatus incorporating a support device for a central solenoid coil according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic half longitudinal sectional general view showing a first embodiment of a central solenoid coil support device according to the present invention;
3 is a cross-sectional plan view seen from the direction of arrows AA in FIG. 2. FIG.
4 is a schematic partial enlarged view of a Y portion in FIG. 2;
5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
6 is a cross-sectional view cut in the direction of arrows CC in FIG. 4;
FIG. 7 is a schematic partial view showing a second embodiment of the support device for the central solenoid coil according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.
9 is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG.
FIG. 10 is a schematic half longitudinal sectional view showing a conventional fusion device.
FIG. 11 is a schematic overall view showing a conventional support device for a central solenoid coil.
12 is a schematic perspective view of the central solenoid coil support device shown in FIG.
13 is a schematic partial enlarged view of a portion X in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
この真空容器の周方向に等間隔に放射状に配置されたトロイダル磁場コイルと、このトロイダル磁場コイルに隣接し、かつ上記クライオスタットの中心軸の軸方向に沿って積み重ねた中心ソレノイドコイルを支持する支持構造体を備えた中心ソレノイドコイルの支持装置おいて、上記支持構造体を主柱軸と主柱筒体とで構成し、この主柱筒体の周方向に沿ってその上部に環状に配置されこの主柱筒体の外周に積み重ねた中心ソレノイドコイルに押圧力を与えるブラケットと、このブラケットと上記中心ソレノイドコイルとの間に設けられ、上記主柱筒体と上記中心ソレノイドコイルとの相対的変位を吸収するコイル・支持構造体相対変位吸収装置とを備えたことを特徴とする中心ソレノイドコイルの支持装置。A vacuum vessel housed in a cryostat and formed in a torus shape;
A toroidal magnetic field coil arranged radially at equal intervals in the circumferential direction of the vacuum vessel, and a support structure for supporting a central solenoid coil that is adjacent to the toroidal magnetic field coil and stacked along the axial direction of the central axis of the cryostat In the central solenoid coil support device provided with a body, the support structure is composed of a main column shaft and a main column tube, and is arranged annularly at the upper portion along the circumferential direction of the main column tube. A bracket is provided between the bracket and the central solenoid coil for applying a pressing force to the central solenoid coil stacked on the outer periphery of the main cylindrical body, and the relative displacement between the main cylindrical body and the central solenoid coil is determined. A support device for a central solenoid coil, comprising: a absorbing coil and a supporting structure relative displacement absorbing device.
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