JPS6114741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気機器、特に低温流体によつて冷却
される電気機器に関する。

本発明は、原子力発電所、火力発電所、その他
の発電所、輸送機関および飛行機に設置される、
電気モータ、発電機および変換器のようなあらゆ
る種類の電気機器に使用できる。本発明は発電所
の外部空間にも使用できる。また、超電導現象を
利用する他の装置および設備において、本発明は
経時変化する磁場の影響から超電導体をシールド
するのに有利に使用できる。

従来の低温流体によつて冷却される電気機器
（参照：フランス特許第2089515号、1971年４月９
日、分類H02k3／00）は超電導材料の磁気しやへ
いによつて囲まれる中空回転子の中に位置する超
電導場コイルを具備する。

従来形の磁気しやへいは熱伝導係数の大きい材
料によつて包まれた超電導材料の長いフアイバで
ある。この磁気しやへいは回転子の外面に直接配
置され、自らの熱伝導性によつて回転子の超電導
コイルに結合して冷却される。

交番する磁場によつて磁気しやへいに生じた熱
はただちに超電導コイルに伝わるので、上述の磁
気しやへいの配置は低効率である。これは余分に
冷却剤の消費を必要とし、またこの熱に見合う電
力消費量も膨大となる。

本発明の目的は超電導場コイルの熱的絶縁の効
率を向上させ、従つて、電気機器の効率を向上さ
せることにある。

上述の目的を達成するために本発明によれば、
中空回転子と、該中空回転子の内側に配置され且
つ冷却液によつて冷却される超電導場コイルと、
前記中空回転子を囲む熱および磁気しやへい手段
とを具備する低温流体によつて冷却される電気機
器において、前記熱および磁気しやへい手段が、
熱しやへいとして少なくとも２つの同軸の円筒
と、該円筒間に固定された磁気しやへいとを具備
し、冷却液の循環のための導管が前記磁気しやへ
いと前記接合面に設けられ、前記導管が前記冷却
液の取入用および排出用の少なくとも２つの平担
な円板室に通じ、該円板室が前記中空回転子の軸
対称に位置且つ前記円筒の端面の少なくとも１つ
に隣接され、前記熱および磁気しやへい手段を、
前記導管中に前記冷却液を軸方向に逆流させるこ
とによつて冷却することを特徴とする低温流体に
よつて冷却される電気機器が提供される。

上述の電気機器によつて超電導場コイルを磁気
しやへい内に生ずる熱の影響から保護することが
でき、ゆえに冷却液の消費量を減少させ且つ該電
気機器の効率を向上させることができる。

上述の電気機器にあつて、前記導管を前記磁気
しやへいと前記円筒との接合面に沿つてらせん状
に配置させるのが有利である。

さらに上述の電気機器にあつて、製造を容易に
するために、前記磁気しやへいの外面および内面
がねじ接合によつて前記円筒に固定され、該ねじ
接合が冷却液の循環のための隙間を有するのが好
ましい。

導管の流れる冷却液の流速を大きくするため
に、上述の電気機器にあつて、冷却液の取入用の
前記円板室が循環液のための導管の中に冷却液を
強制的に挿入する手段を備え、一方、冷却液の排
出用の前記円板室が導管の中の冷却液を排出する
手段を備え、もつて循環する冷却液の圧力低下を
生じさせるのが好ましい。

冷却液が滑らかに循環するために且つ冷却液の
取入用の平担な円板室の端面を均一に冷却するた
めに、上述の電気機器にあつて、冷却液の循環の
ための導管の中に冷却液を強制的に挿入する前記
手段が円板室の端面に固定された翼の形状である
のが好ましい。

導管から冷却液を滑らかに排出するために、冷
却液の循環のための導管の中から冷却液を排出す
る前記手段が円板室の端面に固定されたらせん状
のストリツプであることが好ましい。

添付図を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図を参照すると、低温流体によつて冷却さ
れる電気機器は中空回転子１を具備する。中空回
転子１の軸２は密閉された枠５の端しやへい４の
中に配置された軸受３に保持されている。枠５の
内面に固定コイル６がある。回転子１の熱的絶縁
のために電気機器の回転子１と枠５との間の空間
は真空に保持されている。正しいシールは端しや
へい４内の真空シール７を回転することによつて
保証される。

中空回転子１は超電導場コイル９を含む非磁性
体円筒８を具備する。超電導場コイル９はエポキ
シ樹脂によつて固定され、超電導材料たとえば錫
ニオブ（NbSn）から作られている。超電導場コ
イル９は他の高電導度の材料たとえばジルコニウ
ムニオブまたはチタニウムニオブからも作られ
る。

枠５と非磁性体円筒８との間の空間には磁気し
やへい１２を間にはさむ２つの非磁性体の同軸な
円筒１０，１１の熱しやへいが設けられている。
磁気しやへい１２は、超電導材料たとえば
Nb₃Sn、または高電導度材料たとえば銅、アルミ
ニウムから作られる。超電導材料は電気導体材料
の表面にスパツタによつて付着される。磁気しや
へい１２は電気導体材料内に設けられた超電導材
料フアイバから作られる。

超電導場コイル９は非磁性体円筒８の中に充満
する冷却液１３によつて超電導状態まで冷却され
る。冷却液１３としては液体ヘリウムが使用され
る。

超電導場コイル９まで冷却液１３を運ぶため
に、回転子１の軸２は管１４を含む軸導管を備え
る。２つの平担な円板室１５は冷却液１３の取入
のために熱しやへいの端面に隣接し、一方、２つ
の平担な円板室１６は冷却液１３の排出のために
円板室１５と同軸に位置する。熱しやへいの端面
に隣接する円板室１５，１６は、同軸な外側の円
筒１０および内側の円筒１１の端面、熱しやへ
い、中空仕切り１７によつて規定される。磁気し
やへい１２は冷却液１３を戻すために磁気しやへ
い１２の両端面から等距離の位置に孔１８を有す
る。冷却液１３の排出用の円板室１６は冷却液１
３を排出するために回転子１の軸２の中に設けら
れた導管１９に通じている。磁気しやへい１２は
非磁性体円筒８から取り出される冷却液１３によ
つて冷却される。第２図を参照すると冷却液１３
は磁気しやへい１２と同軸な円筒１０，１１との
接合面に沿つてらせん状に位置する導管２０に沿
つて循環する。

冷却液１３を循環させるための導管２０は、基
本的には、不完全なねじ山形状をした、磁気しや
へい１２と同軸な外側の円筒１０および内側の円
筒１１とをねじ接合することによつて生じる隙間
である。

ねじは多案ねじ形状で熱交換表面を拡大してあ
るものが好ましい。同軸な円筒１１，１２の両端
から中央の孔１８までの２つの部分に互いに反対
方向のねじ山（左巻ねじ山と右巻ねじ山）が切ら
れている。

第３図は磁気しやへい１２と熱しやへいの同軸
な外側の円筒２３および内側の円筒２４との接合
の他の変更例を示す。

磁気しやへい１２は銅円筒２２の外面および内
面にNb₃Snの超電導膜を付着したものである。円
筒２３，２４，２２は重嵌着接合（heavy−
drive fit）によつて接合される。冷却液１３を循
環させるための導管２５は磁気しやへい１２と円
筒２３，２４との接合面に沿つてらせん状に位置
し、また導管２５の形状は矩形である。

第４図を参照すると、冷却液１３の取入側の平
坦な円板室１５は円板室１５の端面に固定された
中心から外に向かう翼２６を具備する。

第５図を参照すると、冷却液１３の排出側の平
坦な円板室１６は円板室１６の端面に固定された
渦巻状のストリツプ２７から作られる仕切りを有
する。

冷却液１３としての液体ヘリウムは管１４から
超電導場コイル９へ供給され、超電導場コイル９
を冷却後に磁気しやへい１２の両端に位置する円
板室１５に送られる。

回転子１が回転している場合、蒸発したヘリウ
ムが円板室１５の中に入つて中央から周辺へ流れ
る。このとき円板室１５の壁が冷却される。また
回転子１が回転すると、翼２６は冷却液を引込み
冷却後に円周方向の速度を与える。冷却液１３に
作用する遠心力のために非磁性体円筒８から付加
的に冷却液１３が排出され、導管２０の中に送り
込まれる。さらに冷却液１３は熱しやへいの円筒
１１の内側のらせん状導管２０に沿つて流れ、さ
らに孔１８を介して円筒１０の外側のらせん状導
管２０に沿つて流れる。冷却液１３がらせん状の
導管２０を循環しているときは、冷却液１３は回
転速度成分を有するので滑らかに平坦な円板室１
６の中に流れ込む。円板室１６においては、スト
リツプ２７が冷却液１３を導管２０から排出する
手段として働き、これにより、冷却液１３の圧力
低下を生じさせる。そして冷却液１３は排出用導
管１９に送られ、円板室１６の壁を冷却後に回転
子１の外へ排出される。

低温流体によつて冷却される電気機器の上述の
実施例は交番磁界によつて磁気しやへいに生ずる
熱を取り除くことを可能にする。

また、上述の実施例は、電気機器の両端に位置
する平坦な円板室を備えることによつて該電気機
器の両端からの熱流入を減少させ、もつて、超電
導場コイルの熱的保護効率を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る低温流体によつて冷却さ
れる電気機器の一実施例を示す縦断面図、第２図
は第１図の部分Ａの拡大図、第３図は本発明に係
る磁気しやへいおよび平坦な円板室による熱しや
へいの他の変更例を示す部分図、第４図は本発明
に係る冷却液の取入用の平坦な円板室の断面図、
第５図は本発明に係る冷却液の排出用の平坦な円
板室の断面図である。 １……中空回転子、５……枠、９……超電導場
コイル、１０，１１，２３，２４……熱しやへい
としての同軸な円筒、１２……磁気しやへい、１
３……冷却液、１５……冷却液の取入用の平坦な
円板室、１６……冷却液の排出用の平坦な円板
室、２０，２５……冷却液の循環用導管、２６…
…翼、２７……ストリツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空回転子１と、該中空回転子の内側に配置
   され且つ冷却液１３によつて冷却される超電導場
   コイル９と、前記中空回転子を囲む熱および磁気
   しやへい手段１０，１１，１２とを具備する低温
   流体によつて冷却される電気機器において、前記
   熱および磁気しやへい手段が、熱しやへいとして
   の少なくとも２つの同軸の円筒１０，１１と、該
   円筒間に固定された磁気しやへい１２とを具備
   し、冷却液１３の循環のための導管２０，２５が
   前記磁気しやへい１２と前記円筒１０，１１との
   接合面に設けら、前記導管２０，２５が前記冷却
   液１３の取入用および排出用の少なくとも２つの
   平担な円板室１５，１６に通じ、該円板室１５，
   １６が前記中空回転子１の軸対称に位置且つ前記
   円筒１０，１１の端面の少なくとも１つに隣接さ
   れ、前記熱および磁気しやへい手段１０，１１，
   １２を、前記導管２０，２５中に前記冷却液１３
   を軸方向に逆流させることによつて冷却すること
   を特徴とする低温流体によつて冷却される電気機
   器。 ２ 前記導管２０，２５が前記磁気しやへい１２
   と前記円筒１０，１１との前記接合面に沿つてら
   せん状に配置された特許請求の範囲第１項に記載
   の電気機器。 ３ 前記磁気しやへい１２の外面および内面がね
   じ接合によつて円筒１０，１１に固定され、該ね
   じ接合が冷却液１３の循環のための隙間を有する
   特許請求の範囲第２項に記載の電気機器。 ４ 冷却液１３の取入用の前記円板室１５が冷却
   液１３の循環のための導管２０，２５の中に冷却
   液１３を強制的に挿入する手段を備え、一方、冷
   却液１３の排出用の前記円板室１６が導管２０，
   ２５の中の冷却液１３を排出する手段を備え、も
   つて循環する冷却液１３の圧力低下を生じさせる
   特許請求の範囲第３項に記載の電気機器。 ５ 冷却液１３の循環のための導管２０，２５の
   中に冷却液１３を強制的に挿入する前記手段が円
   板室１５の端面に固定された翼２６の形状である
   特許請求の範囲第４項記載の電気機器。 ６ 冷却液１３の循環のための導管２０，２５の
   中から冷却液１３を排出する前記手段が円板室１
   ６の端面に固定されたらせん状のストリツプ２７
   である特許請求の範囲第４項に記載の電気機器。