JP2002238144A - 極低温機器の端末構造 - Google Patents
極低温機器の端末構造Info
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Abstract
供する。 【解決手段】 超電導ケーブルなど、極低温機器の端末
を極低温部から常温部にブッシング60を介して引き出す
極低温機器の端末構造であって、極低温部と常温部との
間で前記ブッシング60の外周に真空断熱部を設けた。真
空断熱部は、極低温部をシールする極低温側フランジ62
と、常温部をシールする常温側フランジ63との間に形成
されている。
Description
を極低温から常温に引き出す端末構造に関するものであ
る。特に、断熱性にすぐれた端末構造に関するものであ
る。
す概略図である。
ず)の端末と、その端末が収納される冷媒槽10と、極低
温機器20の導体から常温部へ電気的導通をとるブッシン
グ60と、冷媒槽10の外側を覆う真空容器30と、真空容器
30の上部に突設される碍子80とを具える。
はほぼ直角方向にブッシング60が接続されている。ブッ
シング60は中心に導体を有し、その周囲にエチレンプロ
ピレンゴムなどの固体絶縁を被覆したもので、真空容器
30と碍子80との接合面を貫通して碍子80内に収納されて
いる。碍子80の内部には絶縁油やSF6などの絶縁流体83
が充填されている。
窒素11が蓄えられると共に、上部は窒素ガス溜まり15と
なっている。この窒素ガスの排出はガス排出口14から行
える。
機器20から碍子80に至る導通部はケーブル側から順に液
体窒素11に浸漬された極低温部、窒素ガス溜まり15、碍
子内の常温部を通ることになる。
造では次のような問題があった。 常温部から極低温部への熱侵入が大きい。液体窒素の
液面と真空容器上面との間に窒素ガス溜まりが存在する
と、窒素ガスの対流により熱伝導が発生するためであ
る。その熱伝導分、液体窒素温度が上がり、その対策と
して温度上昇分を冷却する結果、冷却に必要なエネルギ
ーがロスとなってシステム全体の損失増を招く。
冷却とすることが難しい。通常、ブッシングの一部を冷
媒に浸漬しており、この浸漬必要範囲を維持するために
液体窒素の液面を管理している。冷媒槽がオープンシス
テムの場合、液体窒素を補給することで液面を維持する
ことができるが、そのまま供給管32と排出口14を閉じて
循環冷却しただけでは圧力変化や侵入熱の変化などで液
面を管理することが難しい。
れた極低温機器の端末構造を提供することにある。
温部との間に真空断熱部を設けることで上記の目的を達
成する。
の端末を極低温部から常温部にブッシングを介して引き
出す極低温機器の端末構造であって、前記極低温部と常
温部との間で前記ブッシングの外周に真空断熱部を設け
たことを特徴とする。
在させることで、従来窒素ガス部で問題となった対流に
よる熱伝導を回避し、高い断熱性を実現することができ
る。この高い断熱性に対応して、クローズドシステムに
よる循環冷却を容易に実現することができる。
極低温側フランジと、常温部をシールする常温側フラン
ジとの間に形成することが好ましい。これら両フランジ
は前記ブッシングの外周に突設されている。
冷媒槽に対して固定し、他方のフランジを可動自在に構
成することが好ましい。これにより、ブッシングの熱伸
縮に対応してフランジを可動とし、いずれかのフランジ
に過大な応力がかかることを防止する。通常は極低温側
フランジを固定し、常温側フランジを可動とすることが
好ましい。
層部と外層部の2重構造とすることが好適である。その
場合、内層部、外層部を共に真空にする場合と、内層部
のみに気体を充填する場合とがある。
填された極低温部の方が高圧のため、極低温部の冷媒が
真空断熱部に漏洩することも考えられる。その場合でも
内層部のみの限られた区間に冷媒が充満するだけで、極
低温部と常温部との間は外層部の真空により断熱される
ため、断熱性の低下を最小限に抑えることができる。従
って、内層部は小さな空間にすることが好ましい。
その気体は極低温部の冷媒よりも沸点が低く、気体の圧
力は極低温部の冷媒圧力と実質的に等圧であることが好
ましい。内層部を極低温部と等圧にしておけば、極低温
部から内層部への冷媒の漏洩を防止することができる。
また、気体の沸点を極低温部の冷媒の沸点よりも低くし
ておけば、万一内層部に冷媒が漏洩してきても、気体が
液化または固化されることがない。極低温部の冷媒を液
体窒素とした場合、内層部に充填する気体はHeなどが好
ましい。
ておけば、極低温部からの冷媒の漏洩に伴って内層部の
圧力上昇を検知でき、冷媒の漏洩が生じたことを監視す
ることができる。
構成することが好ましい。例えば、ブッシングの主材料
が強化繊維プラスチック(FRP)で、フランジの主材料
が強化繊維プラスチックに接着可能なプラスチック(エ
ポキシ樹脂など)とすることが挙げられる。
ては、超電導ケーブル、超電導電力貯蔵機器(SMES:Su
perconducting magnetic energy storage)、超電導
限流器などが挙げられる。特に、本発明端末構造は、長
距離の冷却を行うためにクローズドシステムによる循環
冷却が必要とされる超電導ケーブルの端末構造に最適で
ある。
する。ここでは、超電導ケーブルの端末構造を例として
説明する。図1は本発明端末構造の概略図である。この
端末構造は、冷媒槽10内の液体窒素11に浸漬された極低
温部と、碍子80に収納された常温部と、極低温部と常温
部の間に形成された真空断熱部とを具える。
示せず)と接続され、真空容器、断熱管との接続個所お
よび断熱管の内部が真空に保持される。本例では、真空
容器の開口径をφ600mmとした。
がる接続導体41が導入される。冷媒槽10は、内部に液体
窒素11が密閉される円筒管である。そのサイズはブッシ
ング側、ケーブル側共にφ400mmとした。
グ60の端部とほぼ直角に接続される。この接続個所は下
部シールド13内に収納する。
にFRPと箔電極とを積層した両端部がテーパー状の棒状
体である。FRPと箔電極との積層はいわゆるコンデンサ
ー方式の電界緩和手段である。テーパー構造、コンデン
サー方式の電界緩和手段はブッシングの一例であり、本
発明の構成を限定するものではない。直管構造のブッシ
ングでも良いし、ストレスコーン方式の電界緩和手段を
用いてもよい。
ング本体61の外周には一対のフランジ62、63を一体化し
た。下方のフランジが極低温側フランジ62で、上方のフ
ランジが常温側フランジ63である。
着で一体化するため、本体外周の材料と接着しやすいも
のを選択する。ここでは、極低温側フランジ62をFRP製
に、常温側フランジ63をステンレス製とした。ブッシン
グ60の上端には、銅またはアルミ製の上部シールド64が
形成されている。
の上端を封止し、さらに極低温側フランジ62で冷媒槽10
の上端を封止することで、極低温側フランジ62と常温側
フランジ63との間に形成される空間を真空断熱部とする
(図1)。
たフレキシブル管73A、73Bを用いて可動式に構成し、ブ
ッシング60の熱伸縮に対応して常温側フランジ63を可動
とし、極低温側フランジ62に過大な応力がかかることを
防止する。
ジ62を固定し、同フランジ62を取り囲むフレキシブル管
73Aの下端を冷媒槽10の上端に固定する。フレキシブル
管73Aの上端は常温側フランジ63に固定され、さらにフ
レキシブル管73Bの下端がフレキシブル管73Aの上端に連
結される。そして、フレキシブル管73Bの上端を真空容
器30の上端に固定する。
より、真空断熱部が内層部71と外層部72とに分割され
る。内層部71は外層部72に取り囲まれる小さな空間であ
る。
循環されるため、冷媒槽10と真空容器30との間の真空に
保持された空間に比べれば冷媒槽10は高圧である。そこ
で、真空断熱部を内層部71と外層部72の二重構造として
おけば、万一冷媒槽10からの冷媒の漏洩があっても内層
部71内の漏洩にとどまり、内層部71の断熱性能が低下す
るのみで、外層部72による真空は保持されるため、端末
構造全体としての断熱性は十分に保持される。
内層部71の圧力変化を監視すれば、圧力が増加したこと
で冷媒槽10から冷媒の漏れがあったことを検知すること
もできる。
内部に気体を充填しても良い。その際の気体の圧力は、
冷媒槽10の液体窒素の圧力とほぼ等圧とする。これによ
り、冷媒槽内と内層部内は等圧に保持され、冷媒槽10か
らの冷媒の漏洩を抑制できる。用いる気体は、冷媒であ
る窒素の沸点よりも低い沸点のもの、例えばヘリウムと
する。万一内層部71に冷媒が漏洩してきても、冷媒の温
度によって気体が液化または固化されることがない。
て行ったが、図1において、フレキシブル管73Aを取り
外して単一層の真空断熱部としても良い。この場合で
も、常温側フランジ63はフレキシブル管73Bに連結され
るため、ブッシングの熱伸縮に対応して可動させること
ができる。
は、ブッシング60との間の空間に、ブッシング外面およ
び碍子内面の電気的沿面強度を向上させる目的でシリコ
ン油81を充填すると共に、上部にはシリコン油の温度変
化に伴う体積変化に対応するためのガス溜まり82を設け
た。ガス溜まり82のガスは、端末構造に液体窒素が充填
されたときにガスが液化することを考慮して、液体窒素
温度でも液化しないHeガスとした。
低温部と常温部との間の断熱性を高め、非常に断熱性に
優れた極低温機器の端末構造を実現できる。また、冷媒
槽を密閉して冷媒を非補給・循環させて冷却するクロー
ズドシステムの端末構造を構成できる。
極低温機器の端末構造で、極低温部と常温部との間に真
空断熱部を形成することで高い耐熱性を実現でき、クロ
ーズドシステムによる冷媒非補給の循環冷却を可能にす
る。
す側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 極低温機器の端末を極低温部から常温部
にブッシングを介して引き出す極低温機器の端末構造で
あって、 前記極低温部と常温部との間で前記ブッシングの外周に
真空断熱部を設けたことを特徴とする極低温機器の端末
構造。 - 【請求項2】 前記真空断熱部は、極低温部をシールす
る極低温側フランジと、常温部をシールする常温側フラ
ンジとの間に形成され、 前記両フランジは前記ブッシングの外周に突設されたこ
とを特徴とする請求項1に記載の極低温機器の端末構
造。 - 【請求項3】 一方のフランジを固定し、他方のフラン
ジをブッシングの熱収縮に連動するよう可動自在に構成
したことを特徴とする請求項2に記載の極低温機器の端
末構造。 - 【請求項4】 前記真空断熱部は、互いに区画された内
層部と外層部の2重構造であることを特徴とする請求項
2に記載の極低温機器の端末構造。
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