大型超伝導マグネット用冷凍機の冷却シミュレーション

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555391
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 佐藤 定男 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (20235344)
• 研究分担者: 深野 隆 日本酸素(株), 部長 ; 前川 龍司 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (80280600) ; 岩本 晃史 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (00260050) ; 山田 修一 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (50249968) ; 三戸 利行 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (10166069)
• キーワード: 超伝導マグネット / ヘリウム冷凍機 / 冷却シミュレーション / ヘリウム冷却システム / 熱負荷特性 / 液体ヘリウム / 超臨界ヘリウム / クライオスタット

研究概要

超伝導マグネットによる磁気閉じ込め核融合実験装置において、冷却様式の異なる大型超伝導マグネット群を1台のヘリウム冷凍機によって超伝導温度以下に冷却保持し、あるいは大重量のそれらを常温度から4.4Kまで冷やし込むには、冷凍機と超伝導マグネットが緊密に結合された全体冷却システムについて機器間の組み合わせ運転特性が充分に把握される必要がある。本研究では超伝導マグネットシステムの冷却特性を模擬できるシミュレータとしての模擬熱負荷装置を冷凍機に接続して冷凍機を運転し、これにより冷凍機とコイルシステム間の総合の冷却特性を調査するものである。平成7年度には模擬熱負荷装置の設計と製作を行った。本研究で用いる冷凍機は最新の技術により製作され、かつ冷凍能力も世界最大級の規模を持つ、磁気閉じ込め核融合実験装置である大型ヘリカル装置の超伝導コイルを冷却する冷凍機である。平成8年度は模擬熱負荷装置をこの冷凍機に接続して冷却試験を行った。その試験において密度波熱振動若しくは圧力、流量調節制御弁の制御定数に基ずく圧力振動が観察された。平成9年度これらについて詳細な検討を行って、圧力振動については冷凍機と圧縮機における一巡伝達ループを遮断する構成によりこれを除去することができた。また熱振動についても引き続き調査を行い、冷凍機側の冷熱バランスが過渡移行状態にある時顕著に振動が発生することを確認した。これらの結果をもとにして大型ヘリカル装置の各種の異なる冷却方式の超伝導コイルや超伝導送電ケーブルを同時に初期予冷するための計算機制御アルゴリズムを作成しプログラム化した。さらにそのプログラムによる実験の大型ヘリカル装置の冷却を実施したところである。今後それらデータの詳細解析を行って模擬熱負荷装置によるシミュレーションとの比較を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] Sadao satoh et.al: "Design and Construction of Cryogeric Components for LHD" Proc.16rk Int.Cryogenic Engieering Conference. Part 1. 63-63 (1997)
• [文献書誌] Sadao satoh et.al: "Construction Report of 10kW Class Helium Refrigeraton for LHD" ibid.Part 1. 75-78 (1997)
• [文献書誌] Toshiyuki Mito et al.: "Cryogenic Control System For The Longe Helical Device" ibid.Part 1. 79-82 (1997)
• [文献書誌] Shuichi Yamada et al.: "Liquefaction Control of 10kW Class Cryogenic System for the LHD" ibid.Part 1. 83-86 (1997)
• [文献書誌] R.Maekawa et al.: "Study of Optimum Opeyating Condition for the Helium Refrigeration System for the LHD with a Dummy Load Apparatus" ibid.Part 1. 87-90 (1997)