JP2013534701A - 超伝導ジョイントカップおよび超伝導ジョイントの冷却方法 - Google Patents
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Abstract
複数の超伝導ワイヤ(12)を電気的に接続する超伝導ジョイント(32;66)。熱伝導性かつ導電性の材料のブロック(22;62)が、そのブロックの表面の少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜(30)で被覆される。その電気的絶縁被膜に接触する成形超伝導接合材料(32)が提供される。超伝導ワイヤの超伝導フィラメント(14)がその成形超伝導接合材料内に埋設される。
【選択図】図3
【選択図】図3
Description
例えば磁気共鳴イメージング(MRI)システムで使用するために超伝導ワイヤの比較的大型の電磁石を製造することが知られている。MRIシステムの既知のマグネットは直径が2m、長さが1.5mであり、数10キロメートルのワイヤを含む。一般にマグネットは、円筒形のマグネットの軸に沿って軸方向に離間したいくつかの比較的短いコイルから成り、いくつかの他の設計も知られているが、本発明は特定のマグネット設計には限定されない。
そのような超伝導マグネットは通常、単一の長さ分の超伝導ワイヤから巻かれているわけではない。いくつかの別個のコイルを用いる場合、それらは通常個別に製造されて、マグネットの組み付け時に電気的に接続される。単一のコイル内においてでさえ、数倍の長さ分のワイヤを接続しなければならないことが多い。
超伝導ワイヤ間のジョイントは製造するのが難しい。最適なのは、ジョイント自体に超伝導性があること、すなわち、マグネット作動時に抵抗がゼロであるということである。これに関してはしばしば妥協があり、幾分かの抵抗を持った「超伝導」ジョイントがしばしば受け入れられている。
超伝導ジョイントを製造する一般に周知の方式は、数倍の長さ分の超伝導ワイヤを取り、約1メートルの長さ以上の超伝導フィラメントから、典型的には銅である外部クラッドを剥離する。次に2つのワイヤの超伝導フィラメントを捻り合わせ、2つのワイヤの超伝導フィラメント間の良好な接触を与える。次に、結果として捻られたフィラメントは、典型的には銅の、かなり浅い槽であるジョイントカップの内部へとコイル状に巻かれる。次にジョイントカップは、典型的には液体ウッドメタルである超伝導材料で充填され、冷却し凝固して前記捻られたフィラメントを超伝導物質内に埋設する、る。典型的なジョイントカップは、一端が閉じられた、直径約4cm、高さ約4cmの円筒形槽である。図1は、超伝導フィラメント14が捻り合わされた状態でワイヤ12が導き入れられる従来型のジョイントカップ10を示す。ジョイントカップは典型的には溶融ウッドメタルなどの液体超伝導接合材料で縁まで充填される。次に超伝導接合材料は凝固させられる。
本発明は、これらの特徴または方法ステップの変更を追及するものではなく、ジョイントカップ自体に関するものである。
従来、超伝導マグネットは、典型的にはヘリウムである液体極低温媒体浴に部分的に浸漬することによって冷却されていた。これがコイルを超伝導転移温度より低い温度に維持する。超伝導ジョイントを液体極低温媒体内に浸漬することで、超伝導ジョイントも超伝導転移温度より低い温度に維持できる。
ところが、マグネットの最近の設計は、極低温媒体浴を、コストが高いことや、状況によっては極低温媒体の浪費であることから回避している。これらの設計には冷却回路または熱サイフォンを備えることができる:マグネットと熱的に接触する熱伝導チューブが、循環する極低温媒体を運び、その極低温媒体は冷却され次にチューブへと導入されて、そこでマグネットから熱を取り出し、膨張または沸騰して熱対流により循環してリザーバに戻り、そこで再冷却される。循環は重力誘導式でも、ポンプなどの任意の適切な手段によって補助されてもよい。極低温媒体浴を用いた構成の場合よりも、ずっと低量の極低温媒体が要求される。マグネットコイルの冷却は、チューブの壁を通した、または可能性としては巻型などのマグネットコイル支持構造の材料を介した伝導によるものである。別の超伝導マグネットでは、極低温媒体を一切使用しない。マグネットコイルは、典型的には銅編組体または積層体などの、極低温冷凍機への伝導性導管を介した熱伝導によって冷却される。そのような構成はドライマグネットとして知られる。
これらの場合それぞれにおいて、ジョイントの冷却は、多くの従来型である液体極低温媒体への浸漬方式よりも効果が低い。
したがって本発明は、液体極低温媒体への浸漬によって冷却されないマグネットにおいて超伝導ジョイントが充分に冷却されるようにするための改良された超伝導ジョイントとその冷却方法を提供することを目指すものである。
低量極低温媒体方式超伝導マグネット、すなわち、極低温媒体浴への浸漬による冷却に依存せず、例えば熱サイフォンまたは冷却回路内で低量の極低温媒体によって冷却される超伝導マグネット、または乾式超伝導マグネット、すなわち、極低温媒体によって冷却されず、例えば極低温冷凍機への熱伝導冷却に依存するマグネット、を製造するためには、極低温媒体への浸漬による冷却を必要としない、適切に冷却される超伝導ジョイントを製造する必要がある。
この課題への1つの取り組みは、ジョイントを冷凍機に熱的に接続する、銅またはアルミニウム編組体または積層体などのフレキシブルな熱伝導体を用いること、または電気的絶縁接着層を用いて、冷却される構成要素に超伝導ジョイントを取り付けることにある。この後者の取り組みは例えば、英国特許第2453734号(米国特許出願公開2009/0101325A1号に相応する)明細書に記載されている。
後者の選択し難い理由は、超伝導ジョイントの効果的な冷却のための適切な熱伝導を維持しながらも充分な電気的絶縁を達成するところにある。これは一般に、英国特許第2453734号明細書に記載された例のうちいくつかに見られるように、冷却される構成要素と超伝導ジョイントとの間に複数の界面をもたらす。
本発明は、改良された超伝導ジョイントと、超伝導ジョイントの改良された形成方法を提供する。ある実施形態においては、超伝導ジョイントと冷却される構成要素との間に単一の電気的絶縁被膜のみが配置されている。その電気的絶縁被膜は、従来技術によって提供された構成の電気的絶縁層に比べてより薄く、より熱伝導性が高いものとすることができる。
別の実施形態において、冷却される構成要素自体が、電気的絶縁性の、熱伝導材料で形成される。
固着またはボルト止めされたジョイントは、超伝導ジョイントの冷却を妨害することがあるため、可能ならば回避される。
本発明の上記およびさらなる目的、特徴および利点は、図面と併せたいくつかの実施形態の以下の説明からより明白となろう。
図2は、本発明の一実施形態による超伝導ジョイントを形成するためのジョイントカップを示す。カップは、熱伝導性材料製の冷却されるブロック22内に形成された空隙20を備える。この場合、ブロック22はアルミニウム製である。好適には、図示のように経路24が配設され、接合される複数のワイヤ12はその経路に沿って空隙20内へと通る。捻り合わせた複数の超伝導フィラメント14は図のように空隙内へと巻かれる。次に空隙20は溶融ウッドメタルなどの超伝導接合材料で充填される。この実施形態のジョイントカップは、図3の破断図に見られるような貫通経路26を含む。この貫通経路の両端は流体コネクタ28で終端する。使用時、流体コネクタ28と貫通経路26を通って液体ヘリウムなどの極低温流体が流され、ジョイントカップを含むブロック22を冷却するように構成される。貫通経路26は、熱サイフォン内の冷却媒体を流す回路または冷却ループ構成内に適宜配置される。こうしてブロック22は極低温流体の温度まで冷却されるが、その温度は、超伝導ワイヤおよび超伝導接合材料の超伝導転移温度より低くなければならない。
図4は、本発明の別の実施形態の破断図を示す。この実施形態において、経路24はジョイントカップ空隙20に下方から入る。超伝導接合材料32が、ジョイントカップ空隙20と経路24を充填した状態で示されている。組み付け中、例えば、溶融超伝導材料の温度に耐えることができるクレイなどの或る種の封止剤を経路24内に配置して超伝導接合材料32の漏出を防止するべきである。この異なる形態のジョイントカップの空隙の形状寸法は、ある種の被覆プロセスに適合すると思われ、また、ワイヤ12が空隙20の底部から入ることが望まれる場合にはそのような構成を可能とする。
図5は、本発明の別の実施形態を示す。これは図4の構成と類似しているが、貫通経路26も流体コネクタ28も備えていない。むしろ、この例では銅積層体またはアルミニウム積層体などの可撓性熱伝導体34が、この例ではボルトまたはねじ36によってブロック22の表面に確りと取り付けられている。このような実施形態において、ブロック22と可撓性熱伝導体34の接合面に熱絶縁層が存在しないことが重要である。好ましくは、インジウムワッシャなどの熱伝導界面をブロックと可撓性熱伝導体の間に介在させて、ブロックから可撓性熱伝導体への有効な熱伝導を保証するようにしてもよい。可撓性熱伝導体の他端は、例えば極低温冷凍機の冷却面などの冷却される面に取り付けられる。この、冷凍機への連結は、極低温冷凍機の冷却面などにそれ自体が熱的に連結される別のものに可撓性熱伝導体34が取り付けられるならば、間接的であってもよい。可撓性熱伝導体34は、銅またはアルミニウム編組体などの熱導電性編組体でよい。可撓性熱伝導体34を、アルミニウムまたは銅製の棒などの剛性熱導電体で置き換えることもできる。
さらに別の例では、冷却されるブロックを極低温冷凍機に直接接触させて前記熱的連結を省略することもできる。
冷却されるブロックが、乾式システムにおいて冷凍機とマグネット間の熱的連結として働くこともできる。
図2〜5に関連して説明した全実施形態において、空隙20と経路24の表面は、電気的絶縁被膜30によって被覆されている。ブロック22の上方およびその他の外面も、図5に関連して説明した形態などの実施形態において伝導体34を接合するブロック22の面以外は、この被膜またはその他の電気的絶縁被膜で被覆されることができる。図示した例では、この被膜は、アルミニウムブロック22上に陽極酸化処理または任意の他の適切なプロセスによって形成した酸化アルミニウムの被膜である。貫通経路26は、貫通経路内に熱的抵抗層が形成されることを防止するために、酸化アルミニウム被膜形成後に形成されることができる。この工程はドリル加工でなされることができる。別法として、貫通経路を電気的絶縁被膜形成前に形成して、被膜形成中に貫通経路を封止する、または後の段階で貫通経路から被膜を除去するようにしてもよい。この電気的絶縁被膜30は、例えば超伝導マグネットのクエンチ時などの最高予測電圧に耐えるに十分なものでなければならない。一般的要件は、少なくとも6kVで電気的絶縁が有効であることである。
別の実施形態において、ブロックは銅製、または、要求される熱伝導性を提供するアルミニウムまたは銅パウダーまたは銅ウールなどの熱伝導性フィラーを含む複合材料であることができる。銅製ブロックは、空隙20の面30に形成または堆積された、例えば酸化銅またはセラミック或いはポリマー層の薄い被膜を有することができる。複合材料のブロックには、例えば銅ウールなどの導電性フィラーが使用された場合には特に、ポリマーまたは樹脂の電気的絶縁層30が設けられることができる。
超伝導ジョイントが、MRIシステムの超伝導マグネットのワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも6kVまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は:
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を塗布する点で特に有利であることがわかった。
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を塗布する点で特に有利であることがわかった。
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
別の実施形態では、ブロック22は、英国のセラミック・サブストレート・アンド・コンポーネンツ社(Ceramic Substrates and Components Ltd., Lukely Works, Carisbrooke Road, Newport, Isle of Wight, United Kingdom PO30 1DH ( HYPERLINK "http://www.macor.info" www.macor.info))によるメイカー(MACOR(登録商標))ブランド名で販売されているような、機械加工可能なガラスセラミック材料製であることができる。そのような実施形態において、材料自体に電気的絶縁性があるため、空隙20の内側に電気的絶縁被膜を設ける必要はない。材料は、ドリル加工、ミル加工および切削などの従来の方法により機械加工されることができる。同様の実施形態において、充填された樹脂のブロックに、鋳込まれた、または機械加工で組み込まれたジョイントカップ空隙と冷却媒体貫通経路を設けてもよい。適切な樹脂は、比較的高い熱伝導性を持ちながら高い電気的絶縁性を持つ、エマーソン&キューミング(Emerson & Cuming)のスタイキャスト(STYCAST(登録商標))2850GT樹脂である。そのような構成では、ブロックの材料が十分な品質の電気的絶縁性と熱伝導性を持っていることから、表面被膜を施す必要はない。経路24は例えば、ブロック内に形成された経路を貫通するアルミニウムまたは銅の管によって形成されることができる。それは、例えば樹脂またははんだで、定位置に保持されることができる。
図示された例において、各ケースの空隙20には中柱38が配設されている。この柱は、操作者が捻り線14を空隙20内に正しく巻き入れて組み付けるのに役立つ。より重要なことに、柱はジョイントの中心部からブロック22への有効な熱伝導経路を提供し、そこから、貫通経路26を通って流れる冷却媒体への、または熱伝導体34への熱伝導経路を提供する。この柱は任意選択的だが、ある方が好ましい。この柱は、空隙20の幾何学的中心に配置される必要はない。
柱は、冷却されるブロックのジョイントと接触している付加的な表面積を提供する。使用時、ウッドメタルを使用しているジョイントは、アルミニウムまたは銅製の柱よりも収縮する傾向があり、柱への良好な熱的接触が維持されることを保証する。本発明の別の実施形態において、ブロックの材料はウッドメタルよりも収縮して、ジョイントの外表面上に良好な熱的接触を提供する。
或る実施形態において、単一のブロック22内に、1つより多いジョイントカップ空隙20が形成されることができる。そのような複数のジョイントカップ空隙は、全てがブロックの同じ側に形成される必要はない。例えば、立方骨ブロック22では4個のジョイントカップ20をそれぞれの側部に形成して、残りの2つの側部でそれぞれ流体コネクタ28を担持するようにしてもよい。
1つまたは複数の空隙20を含むブロック22は、成型加工されても、押出しで機械加工されてもよく、または、他の適切な処理を用いることもできる。
本発明の超伝導ジョイントは、冷却されるブロック22と接触する表面積がより大きいため、また、比較的薄い被膜30という1つのみの熱バリアを有しているため、図1に例示した従来技術の超伝導ジョイントよりも効率よく冷却される。
ブロック22とジョイントカップ空隙20内のジョイントとの間の効率よい熱的連結は、ジョイント内のクエンチ時に熱的バッファとして機能し、熱を急速に消散させ超伝導動作を急速に再生させることができる。
図6〜9は、本発明の変更例の実施形態による超伝導ジョイントの製造方法のステップを図示している。
この変更例において、冷却されるブロック62には一体型柱64が配設され、その周りに超伝導ジョイント66形成されている。上記に説明した実施形態と同様に、柱と、ブロックの隣接面68は電気的絶縁被膜によって被覆される。その被膜は、典型的には6〜10kVの領域の特定の水準の電気的絶縁性を提供しながら高い熱伝導性を持つように選択されるべきである。アルミニウム製ブロックは、許容できる熱伝導性を持ちながら要求される電圧絶縁を提供するに十分な酸化アルミニウムの層を提供するために、便利に陽極酸化されることができることが判明している。
図6は、本発明のこの変更例の超伝導ジョイント66の製造における初期のステップを示す。例えばアルミニウムの押出物70が形成される。
押出しプロファイルがブロック部分72とフィン部分74を画定する。図示した実施形態において、押出し中にブロック部分に貫通経路76が設けられる。好ましくは、フィン部分74のプロファイルには凸部または突棘78が設けられ、それが、完成した超伝導ジョイントを確りと定位置に保持するように働く。
図7に示すように、押出物70は要求される長さに切断されてブロック62を形成する。次に、矢印80で示す方向に機械加工動作が実行される。フィン部分74の断面が除去されて、ブロック62の長さに沿って分布した、分離された柱64が残る。このステップが完了すると、結果として得られた物が、アルミニウム製であった場合には陽極酸化処理され、アルミニウム以外であった場合は電気的絶縁材料で被覆される。陽極酸化処理またはその他の被覆は、貫通経路76の内側面には施されないことが好ましい。別の実施形態において、このことは、押出物からは貫通経路76を除外して、陽極酸化処理完了後、またはその他の電気的絶縁被覆処理後に完成ブロック62に貫通経路をドリル加工することによって実行されてもよい。
超伝導ジョイントが、MRIシステムの超伝導マグネットのワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも6kVまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は:
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
図8は、処理における次の段階の上面図を示す。2部品型モールド82がブロックの面68上に配置される。2部品型モールドは空隙84を含み、この空隙84はモールドが定位置についたときに柱64の周りに一時的なジョイントカップ空隙を画定する。接続される複数の超伝導ワイヤ12、ならびに、特に、超伝導フィラメントの捻り線14は、一時的なジョイントカップ空隙にコイル状に巻かれる。次に一時的なジョイントカップ空隙は、溶融ウッドメタルなどの超伝導接合材料で充填される。この材料は硬化させられる。超伝導接合材料が硬化し終わると、2部品型モールド82は除去され、図9に示すように超伝導ジョイント66が残る。
2部品型モールドが低価格な電気的絶縁材料で製造されている、または電気的絶縁材料で被覆されている場合、それは完成した超伝導ジョイント66の周りの定位置に残されることができる。モールドが定位置に残されている場合、2部品型である必要はない。モールドは単一部品型で定位置に残されることができる。
勿論、好ましい場合にはモールドは2より多い部品で構成されていてもよい。
上記に説明した機械加工可能なガラスセラミック材料は、このモールドの製造に適した材料であることがわかるであろう。
貫通経路76は、図4に28で示すような流体コネクタに連結されることができ、図2〜4に関連して説明したのと同じ方式で極低温冷却媒体を運ぶように配置されるべきである。
図10は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は図9の構成と同じであるが、貫通経路76も流体コネクタも備えていない。むしろ、この例では銅積層体またはアルミニウム積層体などの可撓性熱伝導体34が、図5に関連して説明した構成と同様に、この例ではボルトまたはねじ86によってブロック68の表面に確りと取り付けられている。このような実施形態において、ブロック68と可撓性熱伝導体34の接合面に熱絶縁層が存在しないことが重要である。望ましい場合、インジウムワッシャなどの熱伝導界面をブロック68と可撓性熱伝導体34の間に介在させて、ブロックから可撓性熱伝導体への有効な熱伝導を保証してもよい。可撓性熱伝導体の他端は、例えば極低温冷凍機の冷却面などの冷却される面に取り付けられる。
この、冷凍機への連結は、極低温冷凍機の冷却面などにそれ自体が熱的に連結される別のものに可撓性熱伝導体34が取り付けられるのならば、間接的であってもよい。可撓性熱伝導体34は、銅またはアルミニウム編組体などの熱導電性編組体でよい。可撓性熱伝導体34を、アルミニウムまたは銅製の棒などの剛性熱導電体で置き換えることもできる。
この、冷凍機への連結は、極低温冷凍機の冷却面などにそれ自体が熱的に連結される別のものに可撓性熱伝導体34が取り付けられるのならば、間接的であってもよい。可撓性熱伝導体34は、銅またはアルミニウム編組体などの熱導電性編組体でよい。可撓性熱伝導体34を、アルミニウムまたは銅製の棒などの剛性熱導電体で置き換えることもできる。
さらに別の例では、冷却されるブロックを極低温冷凍機に直接接触させて前記熱的連結を省略することもできる。
冷却されるブロックが、乾式システムにおいて冷凍機とマグネット間の熱的連結として働くこともできる。
別の実施形態において、ブロック68は銅製、または、要求される熱伝導性を提供するアルミニウムまたは銅パウダーまたは銅ウールなどの熱伝導性フィラーを含む複合材料であることができる。銅製ブロックは、空隙20の面30に形成または堆積された、例えば酸化銅またはポリマー層の薄い被膜を有することができる。複合材料のブロックには、ポリマーまたは樹脂の電気的絶縁層30が設けられてもよい。
超伝導ジョイントが、MRIシステムの超伝導マグネットの複数のワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも6kVまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は:
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極参加処理して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
約25μmの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層;
230〜255μmの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層;
アルミニウムブロックの表面を陽極参加処理して形成された約250μmの厚さまでの酸化アルミニウム、を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
別の実施形態では、ブロック68は、英国のセラミック・サブストレート・アンド・コンポーネンツ社(Ceramic Substrates and Components Ltd., Lukely Works, Carisbrooke Road, Newport, Isle of Wight, United Kingdom PO30 1DH ( HYPERLINK "http://www.macor.info" www.macor.info))によるメイカー(MACOR(登録商標))ブランド名で販売されているような、機械加工可能なガラスセラミック材料製であることができる。そのような実施形態において、材料自体に電気的絶縁性があるため、空隙20内部に電気的絶縁被膜を設ける必要はない。材料は、ドリル加工、ミル加工および切削などの従来の方法により機械加工されることができる。同様の実施形態において、充填された樹脂のブロックに、ジョイントカップ空隙と冷却媒体貫通経路を設けるか機械加工してもよい。適切な樹脂は、比較的高い熱伝導性を持ちながら高い電気的絶縁性を持つ、エマーソン&キューミング(Emerson & Cuming)のスタイキャスト(STYCAST(登録商標))2850GT樹脂である。
このようにして本発明は、新規の超伝導ジョイントと、超伝導ジョイント形成方法を提供する。超伝導ジョイントは、冷却される構成要素から、単一の熱的抵抗界面のみによって隔てられている。本発明のジョイントカップ空隙と冷却されるブロックは低価格な材料から単純に形成されて、ジョイントが極低温冷却媒体に浸漬されない状況において、複数の超伝導ワイヤを接続する信頼性の高い超伝導ジョイントを提供する。
本発明を限られた数の特定の例に関連して論じてきたが、当業者には明白であろうように、本発明の範囲内で様々な変更形態が可能である。例えば、柱38、64を、それぞれの冷却されるブロック22、62から別々に形成して、超伝導ジョイントが形成される前に冷却されるブロックに接合してもよい。ウッドメタルを、超伝導ジョイント形成材料として特定的に引用して本発明を説明してきたが、動作温度において要求される超伝導特性と容認できる融点とを持つ任意の他の材料を使用することもできる。超伝導フィラメントを、超伝導ジョイントを形成するために超伝導材料内に埋設する前に捻り合わせることが通例であり望ましいと考えられているが、本発明はそのような捻り合わせを要求するものではなく、捻り合わせていないフィラメントを使用してもよい。
それぞれがひとつの個々のジョイントを含むいくつかの電気的絶縁ブロックを、被冷却物にボルト止めするか、または別途熱的かつ機械的に取り付けて、任意の個数の接合冷却ブロックを、単一の被冷却物によって冷却できるようにしてもよい。
12 超伝導ワイヤ
14 超伝導フィラメント
20 空隙
22 ブロック
24 経路
26 貫通経路
28 流体コネクタ
30 電気絶縁性被膜
32 超伝導ジョイント
34 熱伝導体
38 柱
62 ブロック
64 柱
66 超伝導ジョイント
68 ブロック
76 貫通経路
82 モールド
84 空隙
14 超伝導フィラメント
20 空隙
22 ブロック
24 経路
26 貫通経路
28 流体コネクタ
30 電気絶縁性被膜
32 超伝導ジョイント
34 熱伝導体
38 柱
62 ブロック
64 柱
66 超伝導ジョイント
68 ブロック
76 貫通経路
82 モールド
84 空隙
Claims (34)
- 複数の超伝導ワイヤ(12)を電気的に接続する超伝導ジョイント(32;66)であって、
極低温冷却されるように構成された熱伝導性かつ導電性の材料(26,28;76)のブロック(22;62)と、
前記ブロックの表面の少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜(30)と、
前記電気的絶縁被膜に接触している成形超伝導接合材料(32)と、
を備え、
前記超伝導ワイヤの超伝導フィラメント(14)が前記成形超伝導接合材料内に埋設されている超伝導ジョイント。 - 前記ブロックは金属を含む材料製であり、前記電気的絶縁被膜(30)は当該金属の酸化物を含む請求項1に記載の超伝導ジョイント。
- 前記金属はアルミニウムまたは銅である請求項2に記載の超伝導ジョイント。
- 前記電気的絶縁被膜(30)はポリマーの層を含む請求項1に記載の超伝導ジョイント。
- 前記電気的絶縁被膜(30)はセラミック層を含む請求項1に記載の超伝導ジョイント。
- 複数の超伝導ワイヤ(12)を電気的に接続する超伝導ジョイントであって、
極低温冷却されるように構成(26,28;76)された、熱伝導性であるが電気的絶縁性の材料のブロック(22;62)と、
前記ブロックの表面(20;68)に接触している成形超伝導接合材料(32)と、
を備え、
前記超伝導ワイヤの超伝導フィラメント(14)が前記成形超伝導接合材料内に埋設されている超伝導ジョイント。 - 前記超伝導接合材料を少なくとも部分的に通って延出する、前記冷却されるブロックに機械的に接合された柱(38;64)をさらに備えた請求項1から6のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記柱は熱伝導性材料製であり、前記冷却されるブロックに熱的に接触している請求項7に記載の超伝導ジョイント。
- 前記柱は前記冷却されるブロックの材料製であり、冷却されるブロックと一体に形成されている請求項8に記載の超伝導ジョイント。
- 前記超伝導接合材料は、前記冷却されるブロックの表面に空隙(20)内に成形されている請求項1から9のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記超伝導接合材料は、成形が完了すると取り除かれる一時的なモールド(82)内で成形される、請求項1から9のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記一時的なモールドは多部品の一時的なモールドであり、成形された超伝導接合材料から取り除かれる前に解体される、請求項11に記載の超伝導ジョイント。
- 極低温冷却媒体の流れを中に通すために前記ブロックの材料内に形成される貫通経路(26;76)を配設することによって前記ブロック(22;62)が極低温冷却されるように構成されている請求項1から12のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記ブロックから極低温冷凍機への熱伝導経路を提供する熱導電体(34)を配設することによって前記ブロック(22;62)が極低温冷却されるように構成されている請求項1から13のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記複数の超伝導ワイヤを収容するために、前記ブロックの材料内に経路(24)が配設されている請求項1から14のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
- 前記経路(24)は前記ブロックの材料内の前記空隙(20)に、その下端付近で接合する、請求項10に従属している場合の請求項15に記載の超伝導ジョイント。
- 前記経路(24)は前記空隙(20)に、その上面において接合する、請求項10に従属している場合の請求項15に記載の超伝導ジョイント。
- 複数の超伝導ワイヤ(12)を電気的に接続する方法であって、
熱伝導性かつ導電性材料製のブロック(22;62)を提供するステップと、
前記ブロックの少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜(30)を提供するステップと、
前記電気的絶縁被膜に対して露出される成形空隙(20;84)を提供するステップと、
前記複数の超伝導ワイヤの超伝導フィラメント(14)を露出して前記超伝導フィラメントを前記成形空隙内に配置するステップと、
前記成形空隙内に液体超伝導接合材料(32)を導入して、それにより前記超伝導接合材料内に超伝導フィラメントを埋設するステップと、
前記液体超伝導接合材料を固化させるステップと、
を含む方法。 - 前記ブロックはアルミニウムを含む材料製であり、前記電気的絶縁層(30)は前記ブロックを陽極酸化して酸化アルミニウム層を形成することによって設けられる請求項18に記載の方法。
- 前記電気的絶縁層(30)はポリマーの物理蒸着層である請求項18に記載の方法。
- 前記電気的絶縁層(30)は噴霧で施されたセラミック層である請求項18に記載の方法。
- 複数の超伝導ワイヤ(12)を電気的に接続する方法であって、
熱伝導性であるが電気的絶縁性の材料製のブロック(22;62)を提供するステップと、
前記ブロックの表面に露出される成形空隙(20;84)を配設するステップと、
前記複数の超伝導ワイヤの超伝導フィラメント(14)を露出して前記複数の超伝導フィラメントを前記成形空隙内に配置するステップと、
前記成形空隙内に液体超伝導接合材料(32)を導入して、それにより前記超伝導接合材料内に前記超伝導フィラメントを埋設するステップと、
前記液体超伝導接合材料を固化させるステップと、
を含む方法。 - 液体超伝導接合材料を導入する前記ステップの前に、前記成形空隙(20;84)内に、前記冷却されるブロックに機械的に接合された柱(38;64)を配設するステップをさらに含む請求項18から22のいずれかに記載の方法。
- 前記柱は前記冷却されるブロックの材料で一体に形成されている請求項23に記載の方法。
- 前記空隙(20)は前記冷却されるブロックの表面に形成される請求項18から24のいずれかに記載の方法。
- 前記成形空隙は、成形が完了すると取り除かれる一時的なモールド内で成形される請求項18から24のいずれかに記載の方法。
- 前記一時的なモールドは多部品の一時的なモールドであり、成形された超伝導接合材料から取り除かれる前に解体される、請求項26に記載の方法。
- 極低温冷却媒体の流れを中に通すために前記ブロックの材料内に貫通経路(26;76)が形成されている請求項18から27のいずれかに記載の方法。
- 前記ブロック(22;62)に熱伝導体(34)が取り付けられ、それにより前記ブロックから極低温冷凍機への熱伝導経路を提供している請求項18から27のいずれかに記載の方法。
- 前記超伝導ワイヤを収容するために、前記ブロックの材料内に経路(24)を形成するステップをさらに含む請求項18から29のいずれかに記載の方法。
- 前記経路は前記ブロックの材料内の空隙(20)に、その下端付近で接合する、請求項25に従属している場合の請求項30に記載の方法。
- 前記経路はブロック上面の凹部で接合する、請求項25に従属している場合の請求項30に記載の方法。
- 図面の図4、9、10に実質的に説明された、および/または図示された超伝導ジョイント。
- 図面の図2から10に実質的に説明された、および/または図示された複数の超伝導ワイヤを電気的に接続する方法。
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