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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Spulenvorrichtung und eine Einleitungsleitung für elektrischen Strom zu der supraleitenden Spulenvorrichtung.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Eine supraleitende Spule ist in einem Vakuumbehälter angeordnet und durch eine Einleitungsleitung für elektrischen Strom mit einer externen Energiequellenvorrichtung verbunden. Die supraleitende Spule kann in dem Vakuumbehälter auf eine kryogene Temperatur gekühlt werden, um sie in einen supraleitenden Zustand zu bringen, und elektrische Energie aufzunehmen, die von der externen Energiequellenvorrichtung durch die Einleitungsleitung für elektrischen Strom zugeführt wird, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen (zum Beispiel japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr.
2008-251564 ) .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist im Stand der Technik bekannt, dass eine Einleitungsleitung für elektrischen Strom aufgrund der folgenden zwei Faktoren Eingangswärme zu einer supraleitenden Spule bringt. Einer der Faktoren ist Joulesche Wärme, die erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom durch die Einleitungsleitung für elektrischen Strom fließt. Der andere Faktor ist Eingangswärme von außen zu der supraleitenden Spule aufgrund von Wärmeleitung unter Verwendung der Einleitungsleitung für elektrischen Strom als ein Wärmeübertragungsweg, die auftritt, weil ein Ende der Einleitungsleitung für elektrischen Strom aus einem Vakuumbehälter herausgezogen ist und Umgebungstemperatur (zum Beispiel Raumtemperatur) aufweist und das andere Ende zusammen mit der supraleitenden Spule auf eine kryogene Temperatur gekühlt ist.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat bemerkt, dass es zusätzlich zu diesen zwei Faktoren einen dritten Eingangswärmefaktor gibt. Es ist Strahlungswärme. Ein Abschnitt der Einleitungsleitung für elektrischen Strom kann in der Nähe einer Vakuumbehälterwand innerhalb des Vakuumbehälters angeordnet sein. Daher kann die Strahlungswärme, die durch die Vakuumbehälterwand erzeugt wird, auf den Abschnitt der Einleitungsleitung für elektrischen Strom einfallen und kann durch die Einleitungsleitung für elektrischen Strom zu der supraleitenden Spule übertragen werden. Um die supraleitende Spule zuverlässig in einem supraleitenden Zustand zu halten, ist es wünschenswert, die Eingangswärme zu der Einleitungsleitung für elektrischen Strom so weit wie möglich zu unterdrücken.
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Eine der beispielhaften Aufgaben eines Aspekts der vorliegenden Erfindung besteht darin, Strahlungseingangswärme zu einer Einleitungsleitung für elektrischen Strom einer supraleitenden Spule zu unterdrücken.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine supraleitende Spulenvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: einen Vakuumbehälter; eine supraleitende Spule, die in dem Vakuumbehälter angeordnet ist; einen Hitzeschild, der so angeordnet ist, dass er die supraleitende Spule innerhalb des Vakuumbehälters umgibt; und eine Einleitungsleitung für elektrischen Strom zum Einleiten eines elektrischen Stroms in die supraleitende Spule, wobei die Einleitungsleitung für elektrischen Strom ein äußeres Stromleitungsteil, das außerhalb des Hitzeschildes innerhalb des Vakuumbehälters angeordnet ist und das mit dem Hitzeschild thermisch gekoppelt ist, und ein inneres Stromleitungsteil, das innerhalb des Hitzeschildes angeordnet ist und das das äußere Stromleitungsteil mit der supraleitenden Spule verbindet, enthält. Das äußere Stromleitungsteil enthält einen Hauptkörper, der als ein elektrischer Strompfad zu der supraleitenden Spule dient, eine Isolierschicht, die den Hauptkörper abdeckt, und eine Hitzeschildschicht, die die Isolierschicht abdeckt und die einen niedrigeren Emissionsgrad als die Isolierschicht aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einleitungsleitung für elektrischen Strom zum Einleiten eines elektrischen Stroms in eine supraleitende Spule bereitgestellt, die in einem Vakuumbehälter angeordnet ist. Die Einleitungsleitung für elektrischen Strom umfasst einen äußeren Stromleitungsteil, der in dem Vakuumbehälter und außerhalb eines Hitzeschildes, der so angeordnet ist, dass er die supraleitende Spule innerhalb des Vakuumbehälters umgibt, angeordnet ist, und der mit dem Hitzeschild thermisch gekoppelt ist. Das äußere Stromleitungsteil enthält einen Hauptkörper, der als ein elektrischer Strompfad zu der supraleitenden Spule dient, eine Isolierschicht, die den Hauptkörper abdeckt, und eine Hitzeschildschicht, die die Isolierschicht abdeckt und die einen niedrigeren Emissionsgrad als die Isolierschicht aufweist.
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Beliebige Kombinationen der obigen Komponenten oder Ersetzungen von Komponenten oder Ausdrücken der vorliegenden Erfindung zwischen Verfahren, Vorrichtungen, Systemen oder dergleichen sind ebenfalls als Aspekte der vorliegenden Erfindung wirksam.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Strahlungseingangswärme zu der Einleitungsleitung für elektrischen Strom der supraleitenden Spule zu unterdrücken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht, die eine supraleitende Spulenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch zeigt.
- 2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer laminierten Struktur eines äußeren Stromleitungsteils einer Einleitungsleitung für elektrischen Strom gemäß der Ausführungsform schematisch zeigt.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein beispielhaftes äußeres Stromleitungsteil schematisch zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang Linie A-A der in 1 gezeigten supraleitenden Spulenvorrichtung schematisch zeigt.
- 5 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des äußeren Stromleitungsteils schematisch zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird eine Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Bei der Beschreibung und den Zeichnungen werden identische oder äquivalente Komponenten, Elemente und Prozesse mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und überlappende Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen. Die Größe oder die Form jedes der dargestellten Teile ist zweckmäßigerweise zur Erleichterung der Beschreibung festgelegt und soll nicht als einschränkend interpretiert werden, sofern nicht anders angegeben. Die Ausführungsform ist beispielhaft und schränkt den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise ein. Nicht alle bei der Ausführungsform beschriebenen Merkmale oder Kombinationen davon sind wesentlich für die Erfindung.
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1 ist eine Seitenansicht, die eine supraleitende Spulenvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform schematisch zeigt. Die supraleitende Spulenvorrichtung 10 ist an einer Ausrüstung zur Nutzung starker Magnetfelder als eine Magnetfeldquelle für beispielsweise eine Einkristall-Ziehvorrichtung, ein NMR-System, ein MRT-System, einen Beschleuniger, wie beispielsweise ein Zyklotron, ein physikalisches Hochenergiesystem, wie beispielsweise ein Kernfusionssystem, oder andere Ausrüstung zur Nutzung starker Magnetfelder (nicht gezeigt) montiert und kann ein starkes Magnetfeld erzeugen, das für die Ausrüstung erforderlich ist.
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Die supraleitende Spulenvorrichtung 10 enthält eine supraleitende Spule 12, einen Vakuumbehälter 14, einen Hitzeschild 16 und eine Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom. Die supraleitende Spule 12 ist mit einer externen Energiequelle 18, die außerhalb des Vakuumbehälters 14 angeordnet ist, via die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom verbunden. Ein Erregerstrom wird von der externen Energiequelle 18 zu der supraleitenden Spule 12 durch die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom zugeführt. Auf diese Weise kann die supraleitende Spulenvorrichtung 10 ein starkes Magnetfeld erzeugen.
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Die supraleitende Spule 12 ist in dem Vakuumbehälter 14 angeordnet. Die supraleitende Spule 12 ist beispielsweise an einen zweistufigen Gifford-McMahon(GM)-Kryokühler oder eine andere Art von Kryokühler 15, der an dem Vakuumbehälter 14 installiert ist, thermisch gekoppelt und wird in einem Zustand verwendet, in dem sie auf eine kryogene Temperatur gekühlt wird, die gleich oder niedriger als eine supraleitende Übergangstemperatur ist. Bei dieser Ausführungsform ist die supraleitende Spulenvorrichtung 10 als ein sogenannter Leitungskühlungstyp, bei dem die supraleitende Spule 12 direkt durch den Kryokühler 15 gekühlt wird, anstelle eines Tauchkühlungstyps, bei dem die supraleitende Spule 12 in ein kryogenes flüssiges Kältemittel, wie beispielsweise flüssiges Helium, eingetaucht wird, konfiguriert. Die supraleitende Spulenvorrichtung 10 kann vom Immersionskühltyp sein.
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Der Vakuumbehälter 14 ist ein adiabatischer Vakuumbehälter, der eine kryogene Vakuumumgebung bereitstellt, die geeignet ist, um die supraleitende Spule 12 in einen supraleitenden Zustand zu versetzen, und wird auch als ein Kryostat bezeichnet. Typischerweise weist der Vakuumbehälter 14 eine Säulenform oder eine zylindrische Form mit einem Hohlabschnitt an einem Mittelabschnitt auf. Daher weist der Vakuumbehälter 14 eine im Wesentlichen flache kreisförmige oder ringförmige Deckplatte 14a und Bodenplatte 14b und eine zylindrische Seitenwand (eine zylindrische Außenumfangswand oder eine koaxial angeordnete zylindrische Außenumfangswand und Innenumfangswand) auf, die die Deckplatte 14a und die Bodenplatte 14b verbindet. Der Kryokühler 15 kann auf der Deckplatte 14a des Vakuumbehälters 14 installiert sein. Der Vakuumbehälter 14 ist beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Edelstahl, oder einem anderen geeigneten hochfesten Material gebildet, um Umgebungsdruck (zum Beispiel Atmosphärendruck) standzuhalten.
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Der Hitzeschild 16 ist so angeordnet, dass er die supraleitende Spule 12 innerhalb des Vakuumbehälters 14 umgibt. Der Hitzeschild 16 ist beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Kupfer, oder einem anderen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet. Der Hitzeschild 16 kann durch eine Kühlstufe erster Stufe des zweistufigen Kryokühlers 15, der die supraleitende Spule 12 kühlt, oder durch einen einstufigen Kryokühler, der sich von dem zweistufigen Kryokühler unterscheidet, gekühlt werden. Während des Betriebs der supraleitenden Spulenvorrichtung 10 wird der Hitzeschild 16 auf eine erste Kühltemperatur gekühlt, beispielsweise eine Temperatur in einem Bereich von 30 K bis 50 K, und die supraleitende Spule 12 wird auf eine zweite Kühltemperatur gekühlt, beispielsweise eine Temperatur in einem Bereich von 3 K bis 20 K, was niedriger als die erste Kühltemperatur ist. Der Hitzeschild 16 kann einen Niedertemperaturabschnitt, wie beispielsweise die supraleitende Spule 12, die innerhalb des Hitzeschildes 16 angeordnet ist und auf eine niedrigere Temperatur als der Hitzeschild 16 gekühlt wird, thermisch vor Strahlungswärme von dem Vakuumbehälter 14 schützen.
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Die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom zum Einleiten eines elektrischen Stroms in die supraleitende Spule 12 enthält einen externen Draht 22, ein Durchführungsteil 24, ein äußeres Stromleitungsteil 26 und ein inneres Stromleitungsteil 28 und bildet einen elektrischen Strompfad von der externen Energiequelle 18 zu der supraleitenden Spule 12. Der Einfachheit halber ist in 1 nur eine Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom gezeigt. Im Allgemeinen können jedoch mehrere Einleitungsleitungen 20 für elektrischen Strom in der supraleitenden Spulenvorrichtung 10 bereitgestellt sein, und beispielsweise eine Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom auf einer positiven Elektrodenseite und eine Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom auf einer negativen Elektrodenseite bereitgestellt sein.
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Der außerhalb des Vakuumbehälters 14 angeordnete externe Draht 22 verbindet die externe Energiequelle 18 mit dem Durchführungsteil 24, das in einem Wandabschnitt des Vakuumbehälters 14 bereitgestellt ist. Der externe Draht 22 kann ein geeignetes Stromversorgungskabel sein. Das Durchführungsteil 24 ist ein luftdichter Anschluss zum Einführen eines elektrischen Stroms in den Vakuumbehälter 14 und verbindet den externen Draht 22 mit einem internen Draht (d. h. das äußere Stromleitungsteil 26 und das innere Stromleitungsteil 28) in dem Vakuumbehälter 14. Die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom kann den Wandabschnitt des Vakuumbehälters 14 durchdringen, während die Luftdichtigkeit des Vakuumbehälters 14 mittels des Durchführungsteils 24 aufrechterhalten wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist, wie in den Zeichnungen gezeigt, das Durchführungsteil 24 an der Bodenplatte 14b des Vakuumbehälters 14 installiert, und die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom ist an einem Außenumfangsabschnitt auf einer unteren Seite des Vakuumbehälters 14 angeordnet. Diese Anordnung ist vom Standpunkt der Bearbeitbarkeit vorteilhaft. Je nach Einsatzgebiet der supraleitenden Spulenvorrichtung 10 ist der Vakuumbehälter 14 im Vergleich zu einem Arbeiter oft erheblich groß (beispielsweise mit einem Durchmesser von mehreren Metern oder mehr). Wenn das Durchführungsteil 24 an dem Außenumfangsabschnitt des Vakuumbehälters 14 bereitgestellt ist, kann der Arbeiter leicht auf die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom von dem Umfang der supraleitenden Spulenvorrichtung 10 zugreifen. Das Durchführungsteil 24 kann auf einer oberen Fläche des Vakuumbehälters 14 installiert sein und die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom kann an einem Außenumfangsabschnitt auf einer Oberseite des Vakuumbehälters 14 angeordnet sein. Alternativ können das Durchführungsteil 24 und die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom an anderen Stellen des Vakuumbehälters 14 bereitgestellt sein.
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Das äußere Stromleitungsteil 26 ist außerhalb des Hitzeschildes 16 innerhalb des Vakuumbehälters 14 angeordnet und verbindet das Durchführungsteil 24 mit dem inneren Stromleitungsteil 28. Zwischen dem Vakuumbehälter 14 und dem Hitzeschild 16 kann eine Wärmeisolierschicht 17 bereitgestellt sein, um den Hitzeschild 16 vor der Strahlungswärme zu schützen, die von dem Vakuumbehälter 14 emittiert wird. Die Wärmeisolierschicht 17 kann beispielsweise mehrschichtige Isolierung (multilayer insulation - MLI) sein oder kann so angeordnet sein, dass sie den Hitzeschild 16 umgibt. Das äußere Stromleitungsteil 26 kann außerhalb der Wärmeisolierschicht 17 angeordnet sein.
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Wie später beschrieben wird, enthält das äußere Stromleitungsteil 26 einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt und einen Verbindungsabschnitt, der beide Endabschnitte verbindet, und ist an dem Durchführungsteil 24 an dem ersten Endabschnitt und an dem inneren Stromleitungsteil 28 an dem zweiten Endabschnitt fixiert. Zur Fixierung des äußeren Stromleitungsteils 26 an dem Durchführungsteil 24 (und dem inneren Stromleitungsteil 28) kann ein geeignetes Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Bolzenbefestigung oder Lötbefestigung, verwendet werden.
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Ferner ist das äußere Stromleitungsteil 26 thermisch an den Hitzeschild 16 gekoppelt. Der zweite Endabschnitt des äußeren Stromleitungsteils 26 ist an dem Hitzeschild 16 fixiert oder ist mit dem Hitzeschild 16 durch ein geeignetes Wärmeübertragungselement verbunden, um auf die erste Kühltemperatur gekühlt zu werden, ähnlich dem Hitzeschild 16. Das äußere Stromleitungsteil 26 befindet sich jedoch in einem Zustand, in dem es von dem Hitzeschild 16 elektrisch isoliert ist.
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Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das äußere Stromleitungsteil 26 entlang des Wandabschnitts (beispielsweise der Bodenplatte 14b) des Vakuumbehälters 14. Wie in den Zeichnungen gezeigt, erstreckt sich in einem Fall, bei dem der Vakuumbehälter 14 so angeordnet ist, dass die Deckplatte 14a nach oben und die Bodenplatte 14b nach unten zeigt, das äußere Stromleitungsteil 26 in einer Querrichtung (einer horizontalen Richtung) innerhalb des Vakuumbehälters 14. Abhängig von der Anordnung der internen Ausrüstung, wie beispielsweise der supraleitenden Spule 12 und des Hitzeschildes 16, innerhalb des Vakuumbehälters 14 kann sich das äußere Stromleitungsteil 26 in einer anderen Richtung erstrecken, beispielsweise in einer Längsrichtung (einer vertikalen Richtung) innerhalb des Vakuumbehälters 14.
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Das äußere Stromleitungsteil 26 kann beispielsweise eine dünne Platte mit einer bandförmigen oder rechteckigen Form sein. In diesem Fall ist die Abmessung (Länge) in einer Längsrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 größer als die Abmessung (Breite) in einer Querrichtung, und die Abmessung in der Querrichtung ist größer als die Dicke des äußeren Stromleitungsteils 26. Bei dem dargestellten Beispiel entspricht die Längsrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 einer ersten Richtung (einer Links-Rechts-Richtung in 1) in einer horizontalen Ebene, und eine Dickenrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 entspricht einer zweiten Richtung (einer Tiefenrichtung bei der Papieroberfläche von 1) senkrecht zu der ersten Richtung in der horizontalen Ebene. Die Querrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 entspricht einer vertikalen Richtung (einer Oben-Unten-Richtung in 1) senkrecht zu der horizontalen Ebene.
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Das äußere Stromleitungsteil 26 kann andere Formen aufweisen. Beispielsweise kann das äußere Stromleitungsteil 26 beispielsweise als ein Bündel aus einer großen Anzahl dünner Drähte oder einer großen Anzahl an Folien gebildet sein, um Flexibilität aufzuweisen. Ferner kann das äußere Stromleitungsteil 26 anstelle der dünnen plattenförmigen Form beispielsweise eine stabförmige Form, wie beispielsweise eine Säulenform, aufweisen.
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Das innere Stromleitungsteil 28 ist innerhalb des Hitzeschildes 16 angeordnet und verbindet das äußere Stromleitungsteil 26 mit der supraleitenden Spule 12. Das innere Stromleitungsteil 28 kann sich in einer anderen Richtung als das äußere Stromleitungsteil 26 innerhalb des Vakuumbehälters 14 erstrecken. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich das innere Stromleitungsteil 28 in der Längsrichtung (der vertikalen Richtung) von dem zweiten Endabschnitt des äußeren Stromleitungsteils 26 zu der supraleitenden Spule 12. Alternativ kann sich das innere Stromleitungsteil 28 in der gleichen Richtung wie das äußere Stromleitungsteil 26 erstrecken. Das innere Stromleitungsteil 28 kann Anschlussabschnitte an beiden Enden, die jeweils mit dem äußeren Stromleitungsteil 26 und der supraleitenden Spule 12 verbunden sind, und eine supraleitende Stromleitung, die die Anschlussabschnitte verbindet, enthalten. Die supraleitende Stromleitung kann beispielsweise eine stabförmige Form, wie beispielsweise eine Säulenform, aufweisen oder kann aus einem Kupferoxid-Supraleiter oder einem anderen supraleitenden Hochtemperatur-Material gebildet sein. Alternativ kann die supraleitende Stromleitung aus einem supraleitenden Niedertemperatur-Material gebildet sein, das durch NbTi gekennzeichnet ist.
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2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt einer laminierten Struktur eines äußeren Stromleitungsteils 26 der Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom gemäß der Ausführungsform schematisch zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, enthält das äußere Stromleitungsteil 26 einen Hauptkörper 30, eine Isolierschicht 32a und eine Hitzeschildschicht 34a. In einem Fall, bei dem das äußere Stromleitungsteil 26 eine dünne Plattenform aufweist, wie oben beschrieben, sind die Isolierschicht 32a und die Hitzeschildschicht 34a auf den Hauptkörper 30 in der Dickenrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 laminiert.
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Der Hauptkörper 30 des äußeren Stromleitungsteils 26 ist aus einem leitenden Material gebildet, beispielsweise einem Metallmaterial, das ausgezeichnete Leitfähigkeit aufweist und durch reines Kupfer, wie beispielsweise sauerstofffreies Kupfer, repräsentiert wird, und dient als ein elektrischer Strompfad zu der supraleitenden Spule 12.
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Die Isolierschicht 32a deckt den Hauptkörper 30 ab. Die Isolierschicht 32a kann beispielsweise aus einem synthetischen Harzmaterial mit Isolationseigenschaften, wie beispielsweise einem Polyimidfilm namens Kapton (eingetragene Marke), oder einem anderen Isoliermaterial gebildet sein. Das äußere Stromleitungsteil 26 kann ein Isolierband 32 beinhalten, das eine Oberfläche wie die Isolierschicht 32a und die andere Oberfläche wie eine Haftschicht 32b an dem Hauptkörper 30 aufweist. Folglich kann die Isolierschicht 32a leicht auf dem Hauptkörper 30 bereitgestellt sein, indem das Isolierband 32 an dem Hauptkörper 30 angebracht wird. Alternativ kann die Isolierschicht 32a auf dem Hauptkörper 30 durch Anbringen eines Isoliermaterials an der Oberfläche des Hauptkörpers 30 via Auftragen oder dergleichen gebildet werden.
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Die Hitzeschildschicht 34a deckt die Isolierschicht 32a ab. Die Hitzeschildschicht 34a ist als die äußerste Schicht des äußeren Stromleitungsteils 26 bereitgestellt und ist der Vakuumumgebung in dem Vakuumbehälter 14 ausgesetzt. Die Hitzeschildschicht 34a ist aus einem Material gebildet, das einen niedrigeren Emissionsgrad als die Isolierschicht 32a aufweist. Es reicht aus, wenn der Emissionsgrad der Hitzeschildschicht 34a niedriger ist als der Emissionsgrad der Isolierschicht 32a bei einer Referenzwellenlänge (beispielsweise einer vorbestimmten Infrarotwellenlänge, wie beispielsweise 1 µm). Die Hitzeschildschicht 34a weist eine Oberfläche mit metallischem Glanz auf, um einen hohen Emissionsgrad zu erhalten, und kann beispielsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, gebildet sein. Der Emissionsgrad des Isoliermaterials, das die Isolierschicht 32a bildet, übersteigt typischerweise deutlich 0,5, wohingegen die Metalloberfläche gewöhnlich einen Emissionsgrad von weniger als 0,1 aufweist, wie etwa 0,02 im Fall einer Aluminium-Dampfabscheidungsoberfläche und etwa 0,06 auf einer polierten Oberfläche aus mit Phosphor desoxidiertem Kupfer.
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Das äußere Stromleitungsteil 26 kann ein Hitzeschildband 34 enthalten, das eine Oberfläche als die Hitzeschildschicht 34a und die andere Oberfläche als eine Haftschicht 34b an der Isolierschicht 32a aufweist. Folglich kann die Hitzeschildschicht 34a leicht auf der Isolierschicht 32a bereitgestellt sein, indem das Hitzeschildband 34 an der Isolierschicht 32a oder dem Isolierband 32 angebracht wird. Alternativ kann die Hitzeschildschicht 34a auf der Isolierschicht 32a durch Anbringen eines Metallmaterials an der Isolierschicht 32a via Plattieren oder dergleichen gebildet werden.
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Es ist nicht wesentlich, dass das Isolierband 32 aus zwei Schichten zusammengesetzt ist, der Isolierschicht 32a und der Haftschicht 32b, und mindestens eine Zwischenschicht kann zwischen der Isolierschicht 32a und der Haftschicht 32b bereitgestellt sein. Das Isolierband 32 kann mindestens eine Beschichtungsschicht auf der Außenseite der Isolierschicht 32a aufweisen. Der Hauptkörper 30 kann eine Beschichtungsschicht aufweisen, die die Oberfläche davon abdeckt, und die Beschichtungsschicht kann mit der Isolierschicht 32a abgedeckt sein, oder das Isolierband 32 kann an der Beschichtungsschicht angebracht sein. Ferner ist es nicht wesentlich, dass das Hitzeschildband 34 aus zwei Schichten besteht, der Hitzeschildschicht 34a und der Haftschicht 34b, und mindestens eine Zwischenschicht kann zwischen der Hitzeschildschicht 34a und der Haftschicht 34b bereitgestellt sein. Solange der Emissionsgrad der Hitzeschildschicht 34a nicht wesentlich beeinträchtigt wird, kann die Hitzeschildschicht 34a mit mindestens einer Beschichtungsschicht (beispielsweise einer aus einem transparenten Material gebildeten Schutzschicht) abgedeckt sein, oder das Hitzeschildband 34 kann mindestens eine Beschichtungsschicht auf der Außenseite der Hitzeschildschicht 34a aufweisen.
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Selbst in einem Fall, bei dem der Hauptkörper 30 des äußeren Stromleitungsteils 26 eine andere Form aufweist, kann der Hauptkörper 30 gleichermaßen mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein. Beispielsweise kann in einem Fall, bei dem der Hauptkörper 30 als ein Bündel einer großen Anzahl dünner Drähte oder einer großen Anzahl an Folien gebildet ist, jeder der dünnen Drähte oder der Folien mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein. Selbst in einem Fall, bei dem der Hauptkörper 30 eine stabförmige Form aufweist, kann er mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein.
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Unter der Annahme, dass die Hitzeschildschicht 34a nicht vorhanden ist und die Isolierschicht 32a freigelegt ist, weist die Isolierschicht 32a im Allgemeinen einen hohen Emissionsgrad auf, wie oben beschrieben, und daher besteht eine Sorge, dass die Strahlungseingangswärme, die von einer Innenwandfläche des Vakuumbehälters 14 emittiert wird und von dem äußeren Stromleitungsteil 26 aufgenommen wird, entsprechend zunehmen kann.
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Im Unterschied dazu ist gemäß der Ausführungsform das äußere Stromleitungsteil 26 mit der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt und weist einen niedrigen Emissionsgrad auf. Daher wird es für das äußere Stromleitungsteil 26 schwierig, die von der Innenwandfläche des Vakuumbehälters 14 emittierte Strahlungswärme zu absorbieren, und die Strahlungseingangswärme zu dem äußeren Stromleitungsteil 26 und schließlich die Eingangswärme zu der supraleitenden Spule 12 durch die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom können unterdrückt werden.
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Insbesondere erreicht in einem Fall, bei dem das äußere Stromleitungsteil 26 nahe dem Vakuumbehälter 14 angeordnet ist, sodass das äußere Stromleitungsteil 26 außerhalb der Wärmeisolierschicht 17 angeordnet ist und sich entlang der Wandoberfläche des Vakuumbehälters 14 erstreckt, die Strahlungswärme von dem Vakuumbehälter 14 leicht das äußere Stromleitungsteil 26. Da jedoch gemäß der Ausführungsform das äußere Stromleitungsteil 26 mit der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt ist, kann das Einströmen der Strahlungswärme effektiv reduziert werden.
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Auch wenn die Hitzeschildschicht 34a mit der Wärmeisolierschicht 17 in Kontakt kommt, kann, da die Isolierschicht 32a zwischen der Hitzeschildschicht 34a und dem Hauptkörper 30 des äußeren Stromleitungsteils 26 eingefügt ist, ferner eine elektrische Leckage von dem äußeren Stromleitungsteil 26 vermieden werden.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die das beispielhafte äußere Stromleitungsteil 26 schematisch zeigt. Das äußere Stromleitungsteil 26 weist einen ersten Endabschnitt 26a, einen zweiten Endabschnitt 26b und einen Verbindungsabschnitt 26c auf, der den ersten Endabschnitt 26a und den zweiten Endabschnitt 26b verbindet und eine bandförmige Form aufweist. Wie oben beschrieben, ist das äußere Stromleitungsteil 26 an dem Durchführungsteil 24 an dem ersten Endabschnitt 26a fixiert und ist an dem inneren Stromleitungsteil 28 an dem zweiten Endabschnitt 26b fixiert. Jeder der Anschlussabschnitte des Durchführungsteils 24 und des inneren Stromleitungsteils 28, an denen jeweils der erste Endabschnitt 26a und der zweite Endabschnitt 26b fixiert sind, ist aus einem Metallmaterial mit ausgezeichneter Leitfähigkeit, wie beispielsweise reinem Kupfer, gebildet, ähnlich dem äußeren Stromleitungsteil 26. Jeder der Anschlussabschnitte ist als ein rechteckiger Parallelepiped-Block gebildet, der eine Kontaktfläche aufweist, die zu den vertikalen und horizontalen Abmessungen von jeweils dem ersten Endabschnitt 26a und dem zweiten Endabschnitt 26b passt. Für elektrischen Kontakt kommt die Oberfläche des Hauptkörpers 30 des äußeren Stromleitungsteils 26 in direkten Kontakt mit dem Durchführungsteil 24 und dem inneren Stromleitungsteil 28 an dem ersten Endabschnitt 26a bzw. dem zweiten Endabschnitt 26b und ist daran fixiert. Die Isolierschicht 32a und die Hitzeschildschicht 34a wie oben beschrieben sind nicht auf der Kontaktfläche bereitgestellt.
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Es ist nicht wesentlich, dass der Verbindungsabschnitt 26c ein einfaches längliches Rechteck ist. Wie in 3 gezeigt, kann der Verbindungsabschnitt 26c dünner als der erste Endabschnitt 26a und der zweite Endabschnitt 26b sein. Das heißt, die Breite des äußeren Stromleitungsteils 26 in der Querrichtung (in der Zeichnung die Oben-Unten-Richtung) ist in dem Verbindungsabschnitt 26c kleiner als in dem ersten Endabschnitt 26a und dem zweiten Endabschnitt 26b.
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Indem der Verbindungsabschnitt 26c auf diese Weise dünn gemacht wird, kann der Oberflächenbereich des äußeren Stromleitungsteils 26 reduziert werden, sodass auch die Strahlungseingangswärme reduziert werden kann. Andererseits können der erste Endabschnitt 26a und der zweite Endabschnitt 26b eine relativ große Fläche aufweisen, und somit können die Kontaktfläche zwischen dem ersten Endabschnitt 26a und dem Durchführungsteil 24 und die Kontaktfläche zwischen dem zweiten Endabschnitt 26b und dem inneren Stromleitungsteil 28 erhöht werden. Bei einem solchen Kontaktabschnitt kann aufgrund von Erregung Wärme erzeugt werden. Der Einfluss der Wärmeerzeugung kann jedoch durch Verbreitern der Kontaktfläche reduziert werden.
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Der Verbindungsabschnitt 26c verbindet den ersten Endabschnitt 26a und den zweiten Endabschnitt 26b auf der Oberseite in der Querrichtung in der Zeichnung. Das äußere Stromleitungsteil 26 kann hergestellt werden, indem ein Bereich 26d unterhalb des Verbindungsabschnitts 26c in der Zeichnung aus einer länglichen rechteckigen dünnen Platte geschnitten wird. Folglich kann das äußere Stromleitungsteil 26 kostengünstig hergestellt werden.
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4 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt entlang Linie A-A der in 1 gezeigten supraleitenden Spulenvorrichtung 10 schematisch zeigt. In 4 ist ein Zustand gezeigt, in dem die Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom und der Hitzeschild 16 von unten in dem Vakuumbehälter 14 betrachtet werden. In 4 ist die Darstellung der Wärmeisolierschicht 17 weggelassen.
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Wie oben beschrieben, weist das äußere Stromleitungsteil 26 den ersten Endabschnitt 26a auf der Seite von Vakuumbehälter 14, den zweiten Endabschnitt 26b auf der Seite von Hitzeschild 16 und den Verbindungsabschnitt 26c auf, der den ersten Endabschnitt 26a und den zweiten Endabschnitt 26b verbindet und eine bandförmige Form aufweist. Die bandförmige Form des Verbindungsabschnitts 26c kann in der Dickenrichtung gebogen werden. Das äußere Stromleitungsteil 26 ist so angeordnet, dass der zweite Endabschnitt 26b in der Dickenrichtung in Bezug auf den ersten Endabschnitt 26a aufgrund von thermischer Kontraktion verschoben wird, die durch Kühlen des Hitzeschildes 16 verursacht wird, und der Verbindungsabschnitt 26c in der Dickenrichtung gebogen wird.
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Weiter insbesondere ist das innere Stromleitungsteil 28 in einem Fall, bei dem der Vakuumbehälter 14 und der Hitzeschild 16 beispielsweise jeweils eine zylindrische Form aufweisen, an dem Außenumfangsabschnitt des Hitzeschildes (beispielsweise dem Außenumfangsabschnitt der unteren Oberfläche des Hitzeschildes, wie oben beschrieben) vorgesehen ist und das Durchführungsteil 24 ist an dem Außenumfangsabschnitt des Vakuumbehälters 14 (beispielsweise dem Außenumfangsabschnitt der unteren Oberfläche des Vakuumbehälters, wie oben beschrieben) vorgesehen. Das Durchführungsteil 24 und das innere Stromleitungsteil 28 sind an Positionen, die in einer Umfangsrichtung des Vakuumbehälters 14 voneinander abweichen, so angeordnet, dass sich das äußere Stromleitungsteil 26 im Wesentlichen entlang einer tangentialen Richtung zu der zylindrischen Form des Hitzeschildes 16 erstreckt (die Längsrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 fällt im Wesentlichen mit der tangentialen Richtung zu dem Hitzeschild 16 zusammen). Der Verbindungsabschnitt 26c des äußeren Stromleitungsteils 26 ist so angeordnet, dass die Dickenrichtung in eine Radialrichtung des Vakuumbehälters 14 und des Hitzeschildes 16 zeigt und die Querrichtung in die Oben-Unten-Richtung (in 4 die Tiefenrichtung bei der Papieroberfläche) des Vakuumbehälters 14 und des Hitzeschildes 16 zeigt.
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Der Hitzeschild 16 zieht sich durch Abkühlung in der Radialrichtung zur Mitte hin thermisch zusammen. Aufgrund dieser thermischen Kontraktion wird das innere Stromleitungsteil 28 (und der zweite Endabschnitt 26b des äußeren Stromleitungsteils 26) in der Radialrichtung in Bezug auf das Durchführungsteil 24 (und den ersten Endabschnitt 26a des äußeren Stromleitungsteils 26) verschoben (angezeigt durch Pfeil B in 4). Diese Verschiebung in der Radialrichtung wird durch elastisches Biegen in der Dickenrichtung des Verbindungsabschnitts 26c des äußeren Stromleitungsteils 26 absorbiert. Auf diese Weise kann das Auftreten von übermäßiger thermischer Belastung in anderen Abschnitten der Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom und das Auftreten von übermäßiger Verformung oder Bruch der Einleitungsleitung 20 für elektrischen Strom aufgrund des Auftretens von übermäßiger thermischer Belastung vermieden werden.
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Als ein weiteres Beispiel für die Anordnung des äußeren Stromleitungsteils 26 kann das äußere Stromleitungsteil 26 so angeordnet sein, dass die Dickenrichtung des äußeren Stromleitungsteils 26 mit der Oben-Unten-Richtung des Vakuumbehälters 14 zusammenfällt. Folglich kann das äußere Stromleitungsteil 26 die thermische Kontraktion in der Oben-Unten-Richtung des Hitzeschildes 16 via das Biegen des Verbindungsabschnitts 26c absorbieren.
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5 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des äußeren Stromleitungsteils 26 schematisch zeigt. Das äußere Stromleitungsteil 26 kann mit einer röhrenförmigen magnetischen Abschirmung 36 bereitgestellt sein, die das äußere Stromleitungsteil 26 umgibt. Der Verbindungsabschnitt 26c, der den ersten Endabschnitt 26a und den zweiten Endabschnitt 26b des äußeren Stromleitungsteils 26 verbindet, wird in die magnetische Abschirmung 36 eingeführt. Ohne die magnetische Abschirmung 36 wirkt die Lorentzkraft aufgrund des starken Magnetfelds, das von der supraleitenden Spule 12 erzeugt wird, auf das äußere Stromleitungsteil 26, und dies kann ein Risiko von Verformung oder Bruch bei dem äußeren Stromleitungsteil 26 darstellen. Beispielsweise wirkt in einem Fall, bei dem ein elektrischer Strom durch den Verbindungsabschnitt 26c von dem ersten Endabschnitt 26a zu dem zweiten Endabschnitt 26b in der Links-Rechts-Richtung in 5 fließt und das Magnetfeld, das durch die supraleitende Spule 12 erzeugt wird, in die Oben-Unten-Richtung in 5 zeigt, die Lorentz-Kraft auf das äußere Stromleitungsteil 26, um das äußere Stromleitungsteil 26 in der Dickenrichtung zu biegen. Durch Bereitstellen des äußeren Stromleitungsteils 26 mit der magnetischen Abschirmung 36 kann die Lorentz-Kraft unterdrückt werden und das Risiko von Verformung oder Bruch des äußeren Stromleitungsteils 26 kann reduziert werden.
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Die Oberflächen (Außenfläche und Innenfläche) der magnetischen Abschirmung 36 können so hergestellt werden, dass sie Oberflächen mit einem niedrigen Emissionsgrad sind, indem beispielsweise Plattieren mit Metall, wie beispielsweise Aluminium, und Polieren (beispielsweise elektrolytisches Polieren) durchgeführt wird. Folglich ist es möglich, die Strahlungseingangswärme von dem Vakuumbehälter 14 zu der magnetischen Abschirmung 36 und die Strahlungseingangswärme von der magnetischen Abschirmung 36 zu dem äußeren Stromleitungsteil 26 zu unterdrücken.
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Die magnetische Abschirmung 36 ist beispielsweise aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, gebildet. Da es einen Fall gibt, bei dem ein solches Material Niedertemperatur-Sprödigkeit aufweist, ist es bevorzugt, Abkühlen zu vermeiden. Daher kann die magnetische Abschirmung 36 auf der Seite von erstem Endabschnitt 26a statt an dem zu kühlenden zweiten Endabschnitt 26b montiert sein. Die magnetische Abschirmung 36 kann an dem Durchführungsteil 24 montiert sein, an dem der erste Endabschnitt 26a fixiert ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde oben basierend auf dem Beispiel beschrieben. Fachleute werden verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt ist, verschiedene Konstruktionsänderungen möglich sind, verschiedene Modifikationsbeispiele möglich sind und solche Modifikationsbeispiele ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Verschiedene in Bezug auf eine Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auch auf andere Ausführungsformen anwendbar. Neue Ausführungsformen, die sich aus Kombinationen ergeben, zeigen die Wirkungen jeder der kombinierten Ausführungsformen.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Hauptkörper 30 des äußeren Stromleitungsteils 26, das als ein elektrischer Strompfad zu der supraleitenden Spule 12 dient, nur aus Metall, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. Bei einer Ausführungsform kann der Hauptkörper 30 jedoch andere Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise kann der Hauptkörper 30 ein anderer Walzdraht sein, wie beispielsweise ein supraleitender Hochtemperatur-Walzdraht. Der auf diese Weise hergestellte Hauptkörper 30 kann mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein.
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Gleichermaßen kann bei Bedarf bei der Oberfläche des Anschlussabschnitts des Durchführungsteils 24, an dem der erste Endabschnitt 26a des äußeren Stromleitungsteils 26 anzubringen ist, die Oberfläche, die der Vakuumumgebung in dem Vakuumbehälter 14 ausgesetzt ist, mit dem der erste Endabschnitt 26a nicht in Kontakt kommt, ebenfalls mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein. Ferner kann bei der Oberfläche des Anschlussabschnitts des inneren Stromleitungsteils 28, an dem der zweite Endabschnitt 26b des äußeren Stromleitungsteils 26 anzubringen ist, die Oberfläche, die der Vakuumumgebung in dem Vakuumbehälter 14 ausgesetzt ist, mit dem der zweite Endabschnitt 26b nicht in Kontakt kommt, ebenfalls mit der Isolierschicht 32a und der Hitzeschildschicht 34a abgedeckt sein.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung spezifischer Begriffe und Ausdrücke basierend auf der Ausführungsform beschrieben. Die Ausführungsform zeigt jedoch nur einen Aspekt des Prinzips und der Anwendung der vorliegenden Erfindung, und bei der Ausführungsform sind viele Modifikationsbeispiele oder Anordnungsänderungen innerhalb des Schutzumfangs erlaubt, der nicht von der in den Ansprüchen definierten Idee der vorliegenden Erfindung abweicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- supraleitende Spulenvorrichtung
- 12
- supraleitende Spule
- 14
- Vakuumbehälter
- 16
- Hitzeschild
- 20
- Einleitungsleitung für elektrischen Strom
- 26
- äußeres Stromleitungsteil
- 26a
- erster Endabschnitt
- 26b
- zweiter Endabschnitt
- 26c
- Verbindungsabschnitt
- 28
- inneres Stromleitungsteil
- 30
- Hauptkörper
- 32
- Isolierband
- 32a
- Isolierschicht
- 32b
- Haftschicht
- 34
- Hitzeschildband
- 34a
- Hitzeschildschicht
- 34b
- Haftschicht
- 36
- magnetische Abschirmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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