冷却水中の溶存酸素と大電力水冷マグネットの破損

• 研究課題/領域番号: 02650194
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電力工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 三浦 成人 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90005893)
• 研究分担者: 星 彰 東北大学金属材料研究所, 講師 (30005889)
• 研究期間 (年度): 1990
• 研究課題ステータス: 完了 (1990年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1990年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: ハイブリッド・マグネット / 水冷コイル / 溶存酸素 / 酸化銅 / 窒素バブリング

研究概要

ハイブリッド・マグネットに使用され,破壊した幾つかのビッタ-型水冷コイルを分解して、破損の原因を究明した。破損したコイル導体板上には酸化銅の微粒子が付着し、コイルの絶縁板を侵して絶縁劣下を引き起こし,導板間短絡を生じることによってコイルの破壊が起こっていることが分かった。このような銅の酸化には、冷却水中の溶存酸素が関与していると考えられる。
酸化銅の生成過程を測定するために、厚さ0.1mm、幅1.8mm、長さ約120mmの銅板を循環する純水中で通電により直接加熱する実験を行った。イオン交換された純水は貯水槽内で冷却器により±0.1℃で一定温度にに保たれる。貯水槽中では溶存酸素濃度を一定にするため、空気バブリングが行われており、溶存酸素濃度は溶存酸素計により恒に測定されている。加熱電流は10〜50A、純水の流量は約0.03m^3/hである。試料片で発生するジュ-ル熱および試料温度は、試料に流れた電流、試料両端の電圧、銅の比熱および比抵抗などから見積られ、推定最大温度上昇は50℃であった。酸化銅の付着量は通電電流が多い程、水温が高い程急激に増加することが観測された。また、貯水槽内で窒素バブリングを行うことにより、溶存酸素量を殆んど無くすことが出来、試料片の酸化を防げることを確かめた。
冷却水中の溶存酸素量は水温の水昇と共に急激に減少するから、イオン交換された純水を直接コイル導体に触れさせてコイルを冷却させる水冷コイルでは、導体上で水温が瞬間的に上昇し、そこで放出された余分な酸素の一部がコイルの銅と結び付いて酸化銅を生成すると推論される。実働の大電力水冷マグネットの冷却槽内に窒素ガスバブリング・パイプを設置し、溶存酸素量減少による効果を試したが、コイルに付着する酸化銅の量には明らかな減少が見られた。