JP2014239144A - 熱伝導構造体、及び超伝導デバイス冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱ガスによる断熱真空槽の断熱性能の劣化を防ぐことができる熱伝導構造体及びこの熱伝導構造体を用いる超伝導デバイス冷却装置を提供する。
【解決手段】冷凍機３の極低温部３１と、超伝導デバイス１を搭載する被冷却体２と、被冷却体２を収容する断熱真空槽４と、被冷却体２を断熱真空槽４の内壁に支持する断熱支持部材５と、極低温部３１と被冷却体２とを熱結合する金属材料により、冷凍機３で生じる振動を吸収する熱伝導構造体６とを備える超伝導デバイス冷却装置において、熱伝導構造体６は、金属材料を断熱真空槽４中に収容することで発生するガスを吸着する特性を有する被覆材料で覆う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、レーダ及び通信システム等の電波を利用するシステムに用いられる熱伝導構造体、及び超伝導デバイス冷却装置に関する。

レーダ、通信システム、またはその他の電波を利用するシステムにあっては、急峻なフィルタ特性を実現する超伝導フィルタ等の超伝導デバイスが注目されている。この超伝導デバイスは、冷凍機等の冷却装置で、超伝導状態となる極低温に冷却されることにより、急峻な特性を実現している。

さて、上記超伝導デバイスを冷却する冷却装置は、超伝導デバイスを断熱真空槽に収容し、周囲を真空状態にすることにより断熱している。この断熱真空槽には、超伝導デバイスを極低温で冷却するための被冷却体と、この被冷却体を極低温に維持する極低温部が配置される。この極低温部は、断熱真空槽の外部に配置される駆動部と連結されて冷凍機を構成する。上記極低温部と被冷却体は、熱伝導性に優れた金属で形成される熱伝導構造体で熱結合される。

ところで、上記冷凍機は、駆動部の振動が断熱真空槽内の極低温部に伝わり、熱伝導構造体を伝って被冷却体上の超伝導デバイスまで伝わってしまう。そこで、上記熱伝導構造体は、例えば、板状またはワイヤー状の金属材料を複数束ねて形成することで、柔軟性を持たせている。このように、冷却装置は、装置内で生じる振動を吸収しつつ、超伝導デバイスを極低温で冷却する工夫がなされている。

ここで、熱伝導構造体は、板状またはワイヤー状の金属材料を複数束ねて形成するため、金属部の表面積が増加することになる。このような金属部の表面積の増加は、金属表面からの脱ガスの増加につながる。なお、脱ガスとは、真空状態の空間に金属を入れることにより、金属表面から水素ガス等のガスが発生する現象のことである。

以上のように、従来の冷却装置は、脱ガスの影響で、断熱真空槽の真空度が悪化し、断熱真空槽における断熱性能の劣化を招いている。

特開２００１−９９１５６号公報

以上のように、従来の冷却装置は、脱ガスの影響で、断熱真空槽の真空度が悪化し、断熱真空槽における断熱性能の劣化を招く。

そこで、目的は、脱ガスによる断熱真空槽の断熱性能の劣化を防ぐことができる熱伝導構造体及びこの熱伝導構造体を用いる超伝導デバイス冷却装置を提供することにある。

本実施形態によれば、熱伝導構造体は、冷凍機の極低温部と、超伝導デバイスを搭載する被冷却体と、前記被冷却体を収容する断熱真空槽と、前記被冷却体を前記断熱真空槽内壁に支持する断熱支持部材とを備える超伝導デバイス冷却装置に用いられ、前記極低温部と前記被冷却体とを熱結合する金属材料により、前記冷凍機で生じる振動を吸収する熱伝導構造体において、前記金属材料を前記断熱真空槽中に収容することで発生するガスを吸着する特性を有する被覆材料で覆う。

実施形態に係る超伝導デバイス冷却装置の構成を示すブロック図。 図１に示す超伝導デバイス冷却装置の一例を示す図。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る超伝導デバイス冷却装置の構成を示すブロック図である。

図１に示す超伝導デバイス冷却装置は、超伝導フィルタ等の超伝導デバイス１を内包して、超伝導状態となるまで冷却する装置である。この超伝導デバイス冷却装置は、被冷却体２、冷凍機３、断熱真空槽４、断熱支持部材５及び熱伝導構造体６を備える。

被冷却体２は、断熱真空槽４の内部に配置され、上記超伝導デバイス１を超伝導状態とするものである。

冷凍機３は、上記極低温部３１及び当該極低温部３１を冷却するための動力部３２を有する。極低温部３１は、断熱真空槽４の内部において、被冷却体２から熱伝導構造体６を介して伝導される熱を吸収する。動力部３２は、断熱真空槽４の外部に配置され、両者は冷媒が通る配管によって連結される。このようにして、断熱真空槽４の外部に配置される動力部３２で圧縮された冷媒の効果により、断熱真空槽４の内部に配置される極低温部３１を極低温となるまで冷却する。

上記断熱真空槽４は、極低温の効率的な維持を目的として、内部に超伝導材を配置した状態で、周囲を真空状態にすることで断熱するための容器である。断熱真空槽４は、超伝導デバイス１、被冷却体２及び極低温部３１を収容する。これにより、断熱真空槽４は、外部からの熱を遮断して極低温状態を維持し、槽内に収容する超伝導デバイス１、被冷却体２及び極低温部３１の断熱及び極低温での保温を行う。

断熱支持部材５は、超伝導デバイス１に対する被冷却体２及び極低温部３１からの熱流入を遮断して、断熱真空槽４の内壁に被冷却体２を支持する。断熱支持部材５は、例えば、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）やサスペンション等を用いる。また、断熱支持部材５の強度は、超伝導デバイス１等の重量により決定する。なお、断熱支持部材５による被冷却体２の支持方法は、固定支持や回転支持等、いずれの支持方法を用いてもよい。

熱伝導構造体６は、被冷却体２と極低温部３１とを熱結合する。熱伝導構造体６は、例えば、ワイヤー状または薄い板状の金属材料で形成する。熱伝導構造体６は、ワイヤー状または薄い板状の金属材料を複数束ねて形成することにより、柔軟性を持たせている。これにより、熱伝導構造体６は、動力部３２で生じる振動を吸収し、その振動が超伝導デバイス１に伝達しないようにする。なお、金属材料は、熱伝導性に優れた銅、銀及び銅と、銀との組み合わせで作成される合金のうち、少なくともいずれかである。

また、熱伝導構造体６は、金属材料の表面の一部または全体を被覆材料で覆う。この被覆材料は、優れたガス吸着特性を有する。なお、被覆材料は、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びアルミニウムと、チタンと、ジルコニウムとの組み合わせで作成される合金のうち、少なくともいずれかである。熱伝導構造体６は、金属材料の表面の一部または全体を被覆材料で覆うことにより、金属材料を断熱真空槽４中に収容することで発生するガスを吸着する。

また、熱伝導構造体６と被冷却体２との接続、及び熱伝導構造体６と極低温部３１との接続は、接触面積を増やすために、インジウム等の柔らかく熱伝導性の良い材料を挟んで固定する。

図２は、図１に示す超伝導デバイス冷却装置の一例を示す図である。

熱伝導構造体６は、図２に示す網目構造、または図示しないヨリ線構造を用いてもよい。

上記構成によれば、超伝導デバイス冷却装置は、図１における冷凍機３と断熱真空槽４との間に設置する熱伝導構造体６により、冷凍機３で生じる振動が、断熱真空槽４から被冷却体２及び断熱支持部材５を介して超伝導デバイス１に伝達することを抑制することが可能となる。また、超伝導デバイス冷却装置は、熱伝導構造体６をアルミニウム、チタン、ジルコニウム及びアルミニウムと、チタンと、ジルコニウムとの組み合わせで作成される合金等の被膜材料で覆うことにより、金属材料の表面で生じる脱ガスを抑制することが可能となる。また、超伝導デバイス冷却装置は、上記被膜材料で覆うことにより、発生するガスを吸着することが可能となる。

しかしながら、被覆材料にガスが吸着すると表面が不活性化し、ガスの吸着効果が失われるという課題がある。このため、ガス吸着特性に優れた清浄表面を順次作り出す必要がある。そこで、隣接する熱伝導構造体６の被覆材料表面を接触させ、隣接する熱伝導構造体６の被覆材料表面が冷凍機３の振動で擦れるようにする。これにより、熱伝導構造体６は、被覆材料の清浄表面を出すことが可能となり、新たなガスの吸着効果を生じさせることが可能となる。この結果、超伝導デバイス冷却装置は、発生するガスを熱伝導構造体６の被覆材料で吸着し、真空度を改善することが可能となる。

したがって、本実施形態の超伝導デバイス冷却装置は、脱ガスによる断熱真空槽４の断熱性能の劣化を防ぐことができる。また、超伝導デバイス冷却装置は、冷凍機３等の冷却装置で生じる振動の伝達を熱伝導構造体６により防ぎ、振動による超伝導デバイス１への影響を低減することができる。

また、実施形態に係る熱伝導デバイス冷却装置では、熱伝導構造体６を形成する金属材料として、銅、銀及び銅と、銀との組み合わせで作成される合金のうち、少なくともいずれかを使用しているが、これに限定されない。熱伝導デバイス冷却装置は、例えば、熱伝導構造体６の一部を、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びアルミニウムと、チタンと、ジルコニウムとの組み合わせで作成される合金のいずれかで形成してもよい。これにより、熱伝導デバイス冷却装置は、熱伝導構造体６の表面に合金皮膜を作製した場合と比較して、簡便な方法でガスの吸着効果を得ることが可能となる。

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…超伝導デバイス、２…被冷却体、３…冷凍機、３１…極低温部、３２…動力部、４…断熱真空槽、５…断熱支持部材、６…熱伝導構造体。

Claims (4)

1. 冷凍機の極低温部と、
   超伝導デバイスを搭載する被冷却体と、
   前記被冷却体を収容する断熱真空槽と、
   前記被冷却体を前記断熱真空槽の内壁に支持する断熱支持部材とを備える超伝導デバイス冷却装置に用いられ、
   前記極低温部と前記被冷却体とを熱結合する金属材料により、前記冷凍機で生じる振動を吸収する熱伝導構造体において、
   前記金属材料を前記断熱真空槽中に収容することで発生するガスを吸着する被覆材料で、前記金属材料の表面を覆う熱伝導構造体。
2. 前記金属材料の形状は、複数ある板状またはワイヤー状であり、
   前記金属材料の表面を覆う前記被覆材料の少なくとも一部が互いに接する請求項１記載の熱伝導構造体。
3. 冷凍機の極低温部と、
   超伝導デバイスを搭載する被冷却体と、
   前記被冷却体を収容する断熱真空槽と、
   前記被冷却体を前記断熱真空槽の内壁に支持する断熱支持部材と、
   前記極低温部と前記被冷却体とを熱結合する金属材料により、前記冷凍機で生じる振動を吸収する熱伝導構造体とを備える超伝導デバイス冷却装置において、
   前記熱伝導構造体は、前記金属材料を前記断熱真空槽中に収容することで発生するガスを吸着する被覆材料で、前記金属材料の表面を覆う超伝導デバイス冷却装置。
4. 前記金属材料の形状は、複数ある板状またはワイヤー状であり、
   前記金属材料の表面を覆う前記被覆材料の少なくとも一部が互いに接する請求項３記載の超伝導デバイス冷却装置。

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