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超電導コイルの冷却装置

国内特許コード P07A011720
整理番号 /NO30715
掲載日 2007年11月22日
出願番号 特願2001-352637
公開番号 特開2003-151822
登録番号 特許第4236404号
出願日 平成13年11月19日(2001.11.19)
公開日 平成15年5月23日(2003.5.23)
登録日 平成20年12月26日(2008.12.26)
発明者
  • 長嶋 賢
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
発明の名称 超電導コイルの冷却装置
発明の概要 【課題】 幅広い温度域での均一冷却が可能で、かつ装置構成を小型化できる取り扱いの容易な超電導コイルの冷却装置を提供する。
【解決手段】 図1に例示したように、超電導コイルの冷却装置を、冷媒ガス圧縮機(例えばヘリウム圧縮機)にガス分配用のバルブモ-タ1を介して複数のパルスチュ-ブ冷凍機2の高温端を接続し、当該パルスチュ-ブ冷凍機の低温端を“超電導コイルを収容したコイル保持容器”の複数箇所に配置して成る構成とする。パルスチュ-ブ冷凍機の低温端は、低温系への熱侵入源となるコイル保持容器の荷重支持材4に内挿させるのが好ましい。
従来技術、競合技術の概要 近年、磁気浮上式鉄道,医療機器(医療用MRI等),エネルギ-貯蔵装置,発電機等に超電導コイルを用いた超電導磁石の使用が試みられているが、これらの機器類では、その稼働時に超電導コイルを超電導状態とするための“超電導コイルを臨界温度以下の極低温に冷却するための装置”が不可欠である。例えば、図2は、Nb-Ti系超電導材料製の超電導コイルを使用した浮上式鉄道用超電導磁石に用いられている“超電導コイルの冷却装置”の説明図である。この超電導コイルの冷却装置では、ヘリウム圧縮機11で圧縮したヘリウムガスを高圧ヘリウム配管を通じてGMサイクル冷凍機12に導入し、この冷凍機のディスプレ-サ-を往復運動させてヘリウムガスを冷却した後、冷却したヘリウムガスから熱交換器と絞り弁による Lindeサイクルにより沸点が 4.2Kの液体ヘリウムを生成させて液体ヘリウム溜13に溜め、これを複数の超電導コイル14を収納した内槽15の中に供給することにより超電導コイルを液体ヘリウムに浸して冷却する構成が採られている。なお、当該装置では、上記内槽15を覆う形で液体窒素にて冷却された輻射熱シ-ルド板16が設置されており、これらが外槽17と呼ばれるアルミニウム製の容器内に収容された形態となっている。この外槽17は地上コイルからの変動磁界を遮蔽する役割も担っており、外槽17の内側でかつ内槽15の外側の輻射熱シ-ルド板16を含む空間部分は熱伝導を遮断するために真空に保持されている。図3は、上記装置における超電導コイル収納部分の内部構造をより具体的に示した説明図であり、超電導コイル14は高剛性のステンレス鋼から成るコイル保持容器3に収納され、電磁気的な変形力や走行中の振動等により相対ズレが生じないように両者間は取付金具18で強固に締結されている。ところで、極低温に保たれた超電導コイル14及びコイル保持容器3には地上コイルとの相互作用による推進,浮上,案内といった強力な磁力が働くので、これらの力を支持しつつその力を常温部の台車に伝えるため、コイル保持容器3は荷重支持材4により台車部分に強固に固設されている。そして、この荷重支持材4は、軽量で強度が高くて熱伝導率の小さいアルミナ繊維強化プラスチックス製の円筒状のものが好適であるとされている。しかし、このような従来形式の冷却装置には、極低温の冷却媒体(液体ヘリウム)をコイル保持容器に送り込んで超電導コイルを冷却する方式であるので、極低温の冷却媒体を取り扱うための様々な設備や注意が必要であって、設備スペ-ス,設備コスト,取り扱い面等で不利であるだけでなく、冷却温度域の調整が難しいという難点があった。また、上記冷却装置では、用いられているGMサイクル冷凍機はモ-タで駆動されるディスプレ-サ-や磁性蓄冷材を構成要素としているために磁石(超電導コイル)の近くに配置するのが好ましくないにもかかわらず、極低温の冷却媒体(液体ヘリウム)を生成し供給するGMサイクル冷凍機を超電導コイルに近接配置して冷却媒体への入熱を極力阻まなければならないという問題も有しており、更に、ディスプレ-サ-やディスプレ-サ-駆動モ-タを有したGMサイクル冷凍機を超電導コイルに近接配置しなければならないので超電導コイル近辺部の一層の小型化が叶わないなどの問題もあった。
産業上の利用分野 この発明は、均一冷却が可能で、かつ装置構成を小型化できる超電導コイルの冷却装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 冷媒ガス圧縮機にガス分配用のバルブモ-タを介して複数のパルスチュ-ブ冷凍機の高温端を接続し、当該パルスチュ-ブ冷凍機の低温端を、低温系への熱侵入源となる“超電導コイルを収容したコイル保持容器を支持する複数の円筒状荷重支持材”に内挿して超電導コイルの接触伝導冷却を行うようにさせて成る、磁気浮上式鉄道に搭載する超電導コイルの冷却装置。
産業区分
  • 電子部品
  • 加熱冷却
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
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