JPS6124802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同心状の二重円管を構成する管状抵抗
器に係り、特にトカマク形核融合装置の電源回路
における変流器コイルの電流変化時定数を調整す
るための可変抵抗器に適用する同心管状抵抗器に
関する。

近年、トカマク形核融合装置の研究、開発が進
められ、装置を大形化するのに伴い、プラズマを
閉込めるためのトロイダル磁場コイルにとつて、
そのプラズマ電流を誘起させるための電源回路に
は種々の性能が要求されている。第１図にこの種
電源回路の一例を示す。図の電源回路は変流器コ
イル用直流電源１、垂直磁場コイル用直流電源
２、空心変流器コイル４、垂直磁場コイル５、二
段構成のプラズマ励起用エネルギ蓄積コイル６，
７、変流器コイル４の時定数調整用可変抵抗器
８、電圧上昇率制御用のコンデンサ９および抵抗
１０、回路の遮断および極性切換用スイツチ１
１、回路の遮断用スイツチ１２，１３、エネルギ
蓄積コイル６，７の各電流逆流防止器１４，１
５、可変抵抗器８の投入および設定抵抗値切換用
スイツチ１６、垂直磁場コイル５の電流逆流防止
器１７および前記直流電源２の投入用スイツチ１
８により構成されている。そして回路中３は形成
されたプラズマが真空容器の周辺に近接して配置
される空心変流器コイル４によつて得られる電磁
的な結合状態を示す磁路である。

このような構成の電源回路に要求される機能は
プラズマ電流の誘起、その後の維持と制御および
停止である。特にプラズマ電流は、予め空心変流
器コイル４に直流電流を通電することにより電磁
エネルギとして蓄え、所定の電流に達したところ
でこの電流を急速に遮断し、プラズマ中に誘起電
圧を発生させることによりプラズマ電流を誘起さ
せることができる。このため、多段誘導性のエネ
ルギ蓄積方式が採用されており、エネルギ蓄積コ
イル６，７における各段の蓄積エネルギは数
10MJにまで達する。

このような機能の要求される電源回路におい
て、可変抵抗器８は変流器コイル４に流れる電流
変化の時定数を調整してプラズマ電流の立上り時
間を変化させるのに重要な役割を果たすものであ
る。そこで、可変段数はともかくとしてこの種可
変抵抗器には次のような性能が要求される。

(1) 設定する各抵抗値において、抵抗器に分布す
るインダクタンスが小さいこと。例えば数10μ
Ｈ以下が望ましい。

(2) 抵抗器の温度上昇による抵抗値の設定後の変
化分が少ないこと。増加率は10数％以下が望ま
しい。したがつて、抵抗体に用いる材料は温度
係数を考慮した上で選定する必要がある。

(3) 温度上昇した抵抗体は電力供給の休止時間内
に通電以前の温度まで速やかに冷却し得るこ
と。

これは入力電流が５〜10分の休止時間毎に２〜
５秒間パルス状に繰返し印加されることを考慮す
る必要があるからである。

ここで、一般の抵抗器には実験室用に製作され
る気中形のいわゆるグリツド抵抗体を組合わせた
ものがある。しかし、この種の抵抗体で大形の抵
抗器を構成した場合、リアクタンスの影響が大と
なると共に、上述した(1)〜(3)の各条件を満足する
ことは到底困難であり、第１図に示す電源回路の
可変抵抗器には適用し得なかつた。

そこで従来は第２図に縦断面図で示す同心状の
二重円管を構成した抵抗器が用いられている。第
３図は第２図−線で示す抵抗器の横断面図で
ある。各図において、内側管状抵抗体（以下単に
内管と称す）２１および外側管状抵抗体（以下単
に外管と称す）２２は同心状に所定の間隙ｄにて
配置されている。両内管および外管の下端部には
内管２１および外管２２を電気的に直列接続し、
しかも液密にするための端板２３が設けられてい
る。内管２１は上端開口部を冷媒の流入口３０と
し、下端部管壁には冷媒流通孔２４を穿設し、一
方外管２２は上端部管壁に冷媒流出口３１を設け
ている。また内管２１の上端部外壁には内管端子
２８および外管２２の上端部外壁には外管端子２
９がそれぞれ溶接されている。図中３２，３３は
抵抗器と図示しない冷却装置を接続するための冷
媒給排用の絶縁チユーブである。そして上記構成
の抵抗器を第１図の電源回路における可変抵抗器
として適用する際にはこの抵抗器を多数組合わ
せ、各抵抗器間の接続を切換スイツチで切換える
ことにより抵抗値を可変設定するようになつてい
る。

さて、このようにして構成される従来の管状抵
抗器において、電流は実線の矢印で図示されるよ
うに内管端子２８から与えられ、内管２１から端
板２３を介して外管２２を通り、外管端子２９を
経て矢印Ａ，Ｂ方向に流れる。その結果、通電の
際に発生する熱により、内管２１および外管２２
の温度が上昇する。この温度上昇に対処するため
冷媒３４は破線の矢印で図示されるように流入口
３０から供給され、内管２１の内部、冷媒流通孔
２４を介して折返したのち、内管２１と外管２２
の間隙を通り、流出口３１を経て矢印Ｃ，Ｄ方向
に流れることにより内管２１および外管２２を冷
却する。

しかしながら、この種の冷却機構では通電の度
に発生する熱によつて、内管２１および外管２２
は温度差が生じ、これが抵抗材料の伸び差となつ
て現われ、抵抗値に悪影響を与える。この現象は
内管２１および外管２２における冷却面積の相違
から均一に冷却されないためである。すなわち、
冷媒の流れが折返し式となつているため、内管２
１が内壁と外壁を冷却されているのに比し、外管
２２は内壁一方が強制冷却されることに起因す
る。

このような弊害を防止すため従来では、一端を
内管２１に固定した金属ベローズ２５に絶縁部材
２６を取付け、さらにこの絶縁部材２６に一端を
取付けて外管２２の上端部管壁を覆うように固定
する金属性スリーブ２７を設けた熱伸び差吸収構
造としているが、絶縁特性および液密性に対する
信頼性の低下を招来する。しかも、内管端子２８
および外管端子２９ならびに冷媒流の折返し式に
伴う流入口３０および流入口３１が何れも抵抗器
の上部に集中し且つ突出ししているから、可変抵
抗器として多数組合わせて構成する場合は各抵抗
器間の接続配線、各抵抗器および冷却装置間の冷
却用配管が上部にて混在し、装置構成上の不合理
ならびに作業上の不都合を生じていた。

したがつて本発明の目的は上記欠点を除去し、
通電および冷却の繰返しによつて生ずる内管と外
管の熱伸び差を容易に抑制し、低インダクタンス
化されて、しかも冷却効率の良好な同心管状抵抗
器を提供することにある。

以下、図面に従つて本発明の実施例を説明す
る。

第４図は本発明の一実施例を示す同心管状抵抗
器の縦断面図である。図において、内管２１およ
び外管２２はその断面積が略等しくなるように、
４〜６mm程度の各管径に比して問題とならない間
隙で同心状に近接して配置され、それぞれ固有抵
抗値および非磁性体であることなどを考慮してそ
の材料に、例えばオーステナイト系のステンレス
鋼管を用いる。内管２１および外管２２はその下
端部に冷媒流出口３１を設けた、例えばオーステ
ナイト系のステンレス鋼材からなる端板２３が溶
接にて接合されており、内管２１および外管２２
を電気的に直列接続するとともに、各管下端部を
液密に封じている。内管２１は、上部管壁の外管
２２の上端部が重なる近傍に冷媒の流入通孔４２
を穿設し、この流入通孔４２の下方近傍にオリフ
イス状の通孔を有する仕切壁４１を設け、同様に
下端部管壁の端板２３の近傍に冷媒流出通孔４３
を穿設し、この流出通孔４３の上方近傍にオリフ
イス状の通孔を有する仕切壁４１を内設してい
る。さらに、内管２１の上部にはフランジ３６
が、外管２２の上端部にはフランジ３７がそれぞ
れ溶接で接合されている。この各フランジ３６，
３７間にはセラミツクスまたはFRP等の材質か
らなる絶縁リング３８およびパツキン３９，３９
が介挿され絶縁ボルト４０で締着することによ
り、内管２１および外管２２の上部間の液密なら
びに絶縁構造としている。またここで用いられる
冷媒は変圧器油等の液状で、絶縁性の良い冷却水
等が選定される。

次に作用を説明する。

第４図に示される構成の同心管状抵抗器におい
て、通電すると電流は第２図と同様、実線の矢印
で示すように内管端子２８、内管２１、端板２
３、外管２２および外管端子２９を経て矢印Ａ，
Ｂ方向に流れる。この場合、内管２１と外管２２
は同心状に近接して配置されているから、各々に
生ずる磁場は互いに打消し合い、インダクタンス
は小さくなる。

冷媒は流入口３０側で加圧することにより、破
線の矢印で示すように内管２１から冷媒流入通孔
４２、内管２１と外管２２の間隙、冷媒流出通孔
４３および流出口３１を経て矢印Ｃ，Ｄ方向に流
れる。このとき、冷媒の一部は上部および下部の
仕切壁４１，４１のオリフイス状通孔を介して内
管２１の内部を流れ、内管２１と外管２２の間隙
を流れてくる冷媒と流出口３１で合流し流出す
る。すなわち、この一部冷媒は仕切壁４１，４１
に予め所定の大きさで穿設されるオリフイス状通
孔を流通するようにし、内管２１の管内壁を外管
２２の管外壁が大気になる僅かな自然対流で冷却
されるのと同等に冷却することにより、冷媒の流
れをスムーズにして絶縁劣化を防止する。

このようにして同心管状抵抗器は内管２１と外
管２２の間隙を流れる冷媒により、内管２１の管
外壁および外管２２の管内壁が強制冷却されるこ
とになる。したがつて、内管２１および外管２２
は、断面積が等しく且つ同心状に近接して配置さ
れていることから、これらの冷却面積は略等しく
なるので、冷却効果が同等であり、通電の際の発
生熱による温度差が小さく、熱伸び差を小さく抑
えることができる。また冷媒が一方向に流れるよ
うにしたから、冷媒の流入口および流出口を上端
部および下端部に隔離した構造とすることができ
る。

次に本発明の他の実施例を第５図に示す。この
場合の同心管状抵抗器は第４図における内管２１
の仕切壁４１，４１に代えてオリフイス状の通孔
を有しない単板構造の仕切壁４４，４４を用い、
この仕切壁４４，４４間を気密構造にして構成し
たものである。他の部分については第４図と同様
であるから、したがつて従来内管２１内を流れる
ところの冷媒の分が軽量化されることになり、こ
のような抵抗器を多数組合わせて可変抵抗器を構
成すれば、装置構成の上からも支持構造は簡略化
できるという長所を具有する。

以上のように本発明によれば、断面積の略等し
い内管および外管を同心状に近接して配置し、且
つ両端部に冷媒口を設けて冷媒が一方向に流れる
ようにしたから、低インダクタンス化となり、し
かも強制冷却面積の等しいことから熱伸び差の問
題も生ぜず、冷却効率を向上させることができる
とともに、絶縁特性および液密の信頼性も向上
し、作業性に富む同心管状抵抗器を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトカマク形核融合装置におけるプラズ
マ電流を誘起させるための電源回路の一例を示す
接続図、第２図は従来の同心管状抵抗器を示す一
部縦断面図、第３図は第２図の−線で示す線
断面図、第４図は本発明における同心管状抵抗器
の一実施例を示す一部縦断面図、第５図は本発明
の他の実施例を示す一部縦断面図である。 ４……空心変流器コイル、２１……内管、２２
……外管、２３……端板、２４……冷媒流通孔、
２５……金属ベローズ、２６……絶縁部材、２７
……金属性スリーブ、２８……内管端子、２９…
…外管端子、３０……冷媒流入口、３１……冷媒
流出口、３６……内管フランジ、３７……外管フ
ランジ、３８……絶縁リング、３９……パツキ
ン、４０……絶縁ボルト、４１……オリフイス状
通孔を有する仕切壁、４２……冷媒流入通孔、４
３……冷媒流出通孔、４４……仕切壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側および外側の管状抵抗体を同心に配設す
   るとともに、電気的に直列接続し、且つ内部を冷
   媒で強制冷却する同心管状抵抗器において、前記
   内側管状抵抗体の両端に設けた冷媒流入口および
   冷媒流出口と、前記内側管状抵抗体の管壁の前記
   両冷媒流入口および流出口近傍に穿設した冷媒流
   入通孔および冷媒流出通孔と、前記内側管状抵抗
   体の内側の前記冷媒流入通孔ならびに流出通孔の
   近傍にそれぞれ設けた仕切壁と、前記冷媒の液密
   機構とを備え、前記冷媒が一方向に流れるように
   したことを特徴とする同心管状抵抗器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の同心管状抵抗器
   において、前記両仕切壁に冷媒を分流するための
   通孔を設けたことを特徴とする同心管状抵抗器。