JP2008159828A - Current lead, and superconducting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物超電導導体を用いた電流リードと、かかる電流リードを有する超電導装置に関するものである。 The present invention relates to a current lead using an oxide superconductor and a superconducting device having such a current lead.
超電導現象の最大の特徴は、臨界温度で超電導導体の電気抵抗がゼロになるため、通電しても熱が発生せず、そのため無損失で大電流を流すことができるということである。超電導電力貯蔵システムに使用される超電導マグネット装置は、この超電導現象を応用したその代表的な装置である。 The greatest feature of the superconducting phenomenon is that the electric resistance of the superconducting conductor becomes zero at the critical temperature, so that no heat is generated even when energized, so that a large current can flow without loss. A superconducting magnet device used in a superconducting power storage system is a typical device that applies this superconducting phenomenon.
従来の典型的な超電導マグネット装置においては、超電導マグネットがクライオスタットと称する真空断熱容器の熱シールド内に収納され、真空断熱容器に取り付けられた冷凍機で超電導マグネットを冷却する構成になっている。この超電導マグネット装置には、室温に設置された電源から極低温下に設置された超電導マグネットまで電流を供給する電流リードが必要である。電流リードは、良導電性金属からなる常電導電流リードと酸化物超電導体からなる超電導電流リードが接続されている。電流リードは冷凍機や冷却媒体により冷却される構造になっている。 In a typical conventional superconducting magnet device, a superconducting magnet is housed in a heat shield of a vacuum heat insulating container called a cryostat, and the superconducting magnet is cooled by a refrigerator attached to the vacuum heat insulating container. This superconducting magnet device requires a current lead for supplying a current from a power source installed at room temperature to a superconducting magnet installed at a very low temperature. The current lead is connected to a normal conductive current lead made of a highly conductive metal and a superconductive current lead made of an oxide superconductor. The current lead is structured to be cooled by a refrigerator or a cooling medium.
また、超電導電流リードにクエンチが発生したときに電流をバイパスさせて超電導電流リードを保護するために、超電導電流リードに並列にバイパス導体を接続する技術が、特許文献1、2などにより知られている。このバイパス導体の材質は熱伝導率の低いものが好ましく、ステンレス鋼などが好適とされている。
バイパス導体に用いられるステンレス鋼などの熱伝導率の低い材料は、一般に、ヤング率が比較的高いものが多い。このため、たとえば運転開始時における冷却に伴なう熱収縮の差によって酸化物超電導体に引っ張り荷重が生じ、酸化物超電導体が損傷する恐れがある。 In general, a material having a low thermal conductivity such as stainless steel used for the bypass conductor has a relatively high Young's modulus. For this reason, for example, a tensile load is generated in the oxide superconductor due to a difference in thermal contraction accompanying cooling at the start of operation, and the oxide superconductor may be damaged.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、酸化物超電導材とバイパス導電体を用いた電流リードまたはこれを採用した超電導装置において、熱収縮の差による酸化物超電導材の損傷を回避することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and avoids damage to an oxide superconductor due to a difference in thermal shrinkage in a current lead using an oxide superconductor and a bypass conductor or a superconducting device employing the current lead. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明に係る電流リードは、真空断熱容器内に収容され低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、前記真空断熱容器の外側の電源と、を接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードであって、前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、を有し、前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第1の金属材料からなる第1の導電体部と、前記第1の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第2の金属材料からなる第2の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, a current lead according to the present invention connects a superconducting device housed in a vacuum insulation container, cooled to a low temperature and placed in a superconducting state, and a power supply outside the vacuum insulation container. A current lead electrically insulated from the vacuum heat insulating container, the normal current conducting lead portion made of a good conductive metal penetrating the vacuum heat insulating container, and disposed in the vacuum heat insulating container An oxide superconducting conductor connecting the normal conducting current lead part and the superconducting device, and the normal conducting current lead part and the superconducting disposed in the vacuum heat insulating container and electrically parallel to the oxide superconducting conductor A bypass conductor for connecting to a device, wherein the bypass conductor includes a first conductor portion made of a first metal material having a relatively low Young's modulus and a relatively high thermal conductivity and conductivity. The first The second conductor portion Young's modulus as compared with the metal material has a relatively high thermal conductivity and the electrical conductivity of a relatively low second metallic material are connected in series with each other, and wherein.
また本発明に係る超電導装置は、低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、前記超電導機器を収容する真空断熱容器と、前記真空断熱容器の外側の電源と前記超電導機器とを接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードと、を有する超電導装置において、前記電流リードは、前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、を有し、前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第1の金属材料からなる第1の導電体部と、前記第1の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第2の金属材料からなる第2の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする。 Further, the superconducting device according to the present invention connects a superconducting device cooled to a low temperature and placed in a superconducting state, a vacuum heat insulating container containing the superconducting device, a power source outside the vacuum heat insulating container, and the superconducting device. A current lead electrically insulated from the vacuum heat insulating container, wherein the current lead penetrates the vacuum heat insulating container and is made of a normal conductive current lead portion made of a highly conductive metal; and An oxide superconducting conductor that is disposed in a vacuum heat insulating container and connects the normal conductive current lead portion and the superconducting device, and is disposed in the vacuum heat insulating container and is electrically parallel to the oxide superconducting conductor. A bypass conductor that connects the normal conductive current lead portion and the superconducting device, and the bypass conductor has a relatively low Young's modulus and a relatively high thermal conductivity and conductivity. A first conductor portion made of one metal material, and a second conductor made of a second metal material having a relatively high Young's modulus and a relatively low thermal conductivity and conductivity compared to the first metal material. The body part is connected to each other in series.
本発明によれば、酸化物超電導材とバイパス導電体を用いた電流リードまたはこれを採用した超電導装置において、熱収縮の差による酸化物超電導材の損傷を回避または抑制することができる。 According to the present invention, in a current lead using an oxide superconductor and a bypass conductor or a superconducting device employing the current lead, damage to the oxide superconductor due to a difference in thermal shrinkage can be avoided or suppressed.
以下に、本発明に係る超電導装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of a superconducting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態に係る電流リードとその周辺を示す立面図である。この図に示すように、真空断熱容器2内に超電導機器(たとえば超電導マグネット)3が収容されている。超電導機器3に電流を供給するための電源30は真空断熱容器2の外に配置されている。電流導入端子8が、真空断熱容器2の上部を貫通して配置され、電流導入端子8を介して真空断熱容器2内の常電導電流リード1aと電源30が電気的に接続されている。常電導電流リード1aは良導電性金属からできている。常電導電流リード1aおよび電源30は、電流導入端子8で、真空断熱容器2に対しては電気的に絶縁されている。
FIG. 1 is an elevational view showing a current lead and its periphery according to a first embodiment of the present invention. As shown in this figure, a superconducting device (for example, a superconducting magnet) 3 is accommodated in a vacuum
真空断熱容器2内で、常電導電流リード1aの下端が高温端側電極11aに接続されている。高温端側電極11aは、良導電性金属からできていて、超電導機器3の上方に配置されている。高温端側電極11aには酸化物超電導導体10が接続されている。酸化物超電導導体10は、鉛直方向に延び、上端が高温端側電極11aに接続され、下端は低温端側電極11bを介して超電導機器3に接続されている。酸化物超電導導体10は、たとえば、酸化物超電導バルク材あるいは酸化物超電導薄膜テープ線材である。
In the vacuum
バイパス導電体20は、酸化物超電導導体10をバイパスして、高温端側電極11aと低温端側電極11bとを接続している。バイパス導電体20は、高温端側電極11aに接続された第1の導電体部21と低温端側電極11bに接続された第2の導電体部22とが互いに直列に接続されてなる。第1の導電体部21は、ヤング率が比較的が低く、熱伝導率および導電率が比較的高い金属材料、たとえば銅、または銅を含む合金からなる。一方、第2の導電体部22は、第1の導電体部21に比べて、ヤング率が比較的が高く、熱伝導率および導電率が比較的低い金属材料、たとえばステンレス鋼からなる。第1の導電体部21と第2の導電体部22は、溶接や圧接などの冶金的接合により互いに接合されている。また、第1の導電体部21および第2の導電体部22はそれぞれに少なくとも一つの曲がり部を有する。
The
高温端側電極11aには伝熱板6が取り付けられ、伝熱板6は絶縁板7を介して冷凍機5に接続されている。冷凍機5は真空断熱容器2に取り付けられている。高温端側電極11aは、伝熱板6および絶縁板7を通じて冷凍機5と熱的に接続されて冷却される。超電導機器3の冷却は、この冷凍機5によってもよいし、図示しない別の冷凍機によって超電導機器3を直接冷却してもよい。
A heat transfer plate 6 is attached to the high temperature end side electrode 11 a, and the heat transfer plate 6 is connected to the
この実施形態によれば、酸化物超電導導体10にクエンチが発生したときに、バイパス導電体20に電流がバイパスし、酸化物超電導導体10を保護することができる。また、バイパス導電体20が第1の導電体部21と第2の導電体部22からできていることから、低熱伝導率の第1の導電体部21によって熱伝導が抑制される。しかも、冷却時や昇温時に、酸化物超電導導体10とバイパス導電体20との熱収縮または熱膨張の差によるひずみは、おもに低ヤング率の第2の導電体部22によって吸収される。このため、酸化物超電導導体10にかかる荷重を小さく抑制し、損傷を回避することができる。さらに、第1の導電体部21および第2の導電体部22それぞれに曲がり部があることにより、バイパス導電体20の収縮・膨張に伴なう酸化物超電導導体10にかかる荷重を緩和することができる。
According to this embodiment, when quenching occurs in the
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。 The embodiments described above are merely examples, and the present invention is not limited to these.
たとえば、バイパス導電体20の形状は、図1では曲線状に示しているが、たとえば酸化物超電導導体10の周囲を囲むようならせん状やベローズであってもよい。
For example, the shape of the
また、上記実施形態では真空断熱容器2内に収容する超電導機器3として超伝導マグネットを例にとって説明したが、その他の超電導機器であってもよい。
In the above embodiment, a superconducting magnet has been described as an example of the
また、上記実施形態の説明における上下関係は説明の便宜のためであって、本発明は重力の方向にかかわりなく適用可能である。 Further, the vertical relationship in the description of the above embodiment is for convenience of description, and the present invention can be applied regardless of the direction of gravity.
1・・・電流リード
1a・・・常電導電流リード
2・・・真空断熱容器
3・・・超電導マグネット(超電導機器)
5・・・冷凍機
6・・・伝熱板
7・・・絶縁板
8・・・電流導入端子
10・・・酸化物超電導導体
11a・・・高温端側電極
11b・・・低温端側電極
20・・・バイパス導電体
21・・・第1の導電体部
22・・・第2の導電体部
30・・・電源
DESCRIPTION OF
5 ... Refrigerator 6 ...
Claims (5)
前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、
を有し、
前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第1の金属材料からなる第1の導電体部と、前記第1の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第2の金属材料からなる第2の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする電流リード。 A current lead electrically connected to a superconducting device housed in a vacuum insulation container, cooled to a low temperature and placed in a superconducting state, and a power supply outside the vacuum insulation container, and electrically insulated from the vacuum insulation container Because
A normal conductive flow lead portion made of a highly conductive metal that penetrates the vacuum insulation container;
An oxide superconducting conductor disposed in the vacuum insulation container and connecting the normal conducting current lead portion and the superconducting device;
A bypass conductor disposed in the vacuum heat insulation container and electrically connecting the normal conducting current lead portion and the superconducting device in parallel with the oxide superconducting conductor;
Have
The bypass conductor has a Young's modulus compared to the first metal material and the first conductor portion made of the first metal material having a relatively low Young's modulus and a relatively high thermal conductivity and conductivity. A current lead comprising: a second conductor portion made of a second metal material having a relatively high thermal conductivity and a relatively low electrical conductivity, connected in series to each other.
前記超電導機器を収容する真空断熱容器と、
前記真空断熱容器の外側の電源と前記超電導機器とを接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードと、
を有する超電導装置において、
前記電流リードは、
前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、
を有し、
前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第1の金属材料からなる第1の導電体部と、前記第1の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第2の金属材料からなる第2の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする超電導装置。 A superconducting device that is cooled to a low temperature and placed in a superconducting state;
A vacuum insulation container for accommodating the superconducting device;
Connecting the power supply outside the vacuum insulation container and the superconducting device, and a current lead electrically insulated from the vacuum insulation container;
In a superconducting device having
The current lead is
A normal conductive flow lead portion made of a highly conductive metal that penetrates the vacuum insulation container;
An oxide superconducting conductor disposed in the vacuum insulation container and connecting the normal conducting current lead portion and the superconducting device;
A bypass conductor disposed in the vacuum heat insulation container and electrically connecting the normal conducting current lead portion and the superconducting device in parallel with the oxide superconducting conductor;
Have
The bypass conductor has a Young's modulus compared to the first metal material and the first conductor portion made of the first metal material having a relatively low Young's modulus and a relatively high thermal conductivity and conductivity. And a second conductor portion made of a second metal material having a relatively high thermal conductivity and relatively low electrical conductivity, connected in series to each other.
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---|---|---|---|
JP2006346933A JP2008159828A (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Current lead, and superconducting device |
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JP (1) | JP2008159828A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014183138A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Toshiba Corp | Superconducting device |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08321416A (en) * | 1994-04-27 | 1996-12-03 | Fuji Electric Co Ltd | Current lead for superconducting device |
-
2006
- 2006-12-25 JP JP2006346933A patent/JP2008159828A/en active Pending
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JPH08321416A (en) * | 1994-04-27 | 1996-12-03 | Fuji Electric Co Ltd | Current lead for superconducting device |
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