JP2015008289A - ２つの超電導ケーブルを導電結合させるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの超電導ケーブルを極めて低コストで互いに導電結合する方法を提供する。
【解決手段】誘電体によって取り囲まれている超電導体５と、前記誘電体上に配置されている電気的に有効なシールド７とをそれぞれ有している２つの超電導ケーブル１および２の端部において、結合される超電導体５とシールド７とを取り囲んでいる層から自由にする。次に、ケーブル１、２の端部を、その自由端が同方向に指向するように互いに平行に並設し、互いに固定結合させる。さらに、ケーブル１、２の超電導体５とシールド７とを、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素８および９によって互いに導電結合させ、このように処理したケーブル１、２の端部をクライオスタットのハウジング１０内に配置し、電気エネルギー用伝送経路を作動する際にハウジング１０に絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、誘電体によって取り囲まれている少なくとも１つの超電導体と、前記誘電体上に配置されている電気的に有効なシールドとをそれぞれ有している２つの超電導ケーブルを導電結合させるための方法であって、前記両ケーブルの端部において結合される前記超電導体と前記シールドとを、まず、取り囲んでいる層から自由にし、その後に互いに導電結合させるようにした前記方法に関するものである。

超電導ケーブルは、種々の実施態様のものが従来より知られている。これは、基本的には、２つの超電導ケーブルを電気的に結合させる技術ともいえる。超電導ケーブルが従来のケーブルと異なる主要な点は、超電導ケーブルは、十分低い温度で超電導状態へ移行して直流電気抵抗がゼロになる材料から成っている超電導体を有している点である。適した超電導材料は、たとえば希土類をベースにした酸化材である。この種の材料が超電導状態へもたらされる十分低い温度は、たとえば６７Ｋと１１０Ｋの間にある。これらすべての材料に適した冷媒はたとえば窒素、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれら物質の混合物である。少なくとも１つの超電導ケーブルを備えた電気エネルギー用伝送経路の作動時には、公知の技術では超電導ケーブルはクライオスタット内に配置される。クライオスタットは少なくとも１つの熱絶縁管から成り、伝送経路の作動時にこの管を通じて、使用される超電導材料に適した冷媒が誘導され、有利には先に引用した冷媒の１つが誘導される。

電気エネルギーの伝送経路内では、１つの超電導ケーブルの２か所以上を互いに導電結合させねばならない。これは、両ケーブルの超電導体とシールドとを、まず、これらを取り囲んでいる層から自由にさせねばならないことを意味している。公知の技術では、超電導体を導電結合した後、除去した層を再び取り付ける。これは特に超電導体を取り囲んでいる絶縁部（誘電体）に言えることで、絶縁部は、たとえば絶縁材料から成るバンドを、両超電導体を含んでいる結合個所に巻回することによって再び形成される。その後、シールドを同様に導電結合させ、場合によってはその上にある層を再び形成させる。これは、１つの超電導体と１つのシールドとを備えたケーブルにおいてすでに非常に面倒であり、時間を浪費する。さらに、専門家の投入を必要とする。たとえば特許文献１から読み取れるように、２つまたは３つの互いに同心に配置され且つ互いに絶縁される超電導体を備えたケーブルの場合、コストはかなり高く、しかもその際、再形成される１つまたは複数の絶縁部の壁厚は少なくとも本来の壁厚よりも著しく大きくならないよう保証されていなければならない。この場合にだけ、結合部位を取り囲んでいるクライオスタットのサイズは、伝送経路の作動を、特にクライオスタットを通過する冷媒の流動を阻害しない程度に小型化することができる。

欧州特許第１５５２５３６号明細書

本発明の課題は、冒頭で述べた方法を、２つの超電導ケーブルを極めて低コストで互いに導電結合できるように構成することである。

この課題は、本発明によれば、
両ケーブルの端部を、その自由端が同方向に指向するように互いに平行に並設すること、
前記両ケーブルの前記端部を互いに固定結合させること、
一方では前記両ケーブルの超電導体と他方ではシールドとを、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合させること、
このように処理した前記両ケーブル端部を、電気エネルギー用伝送経路を構築する際に共にクライオスタットのハウジング内に配置し、伝送経路の作動の際に前記ハウジングに絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させること、
によって解決される。

この方法の主要な利点は、超電導体（その数量に関係なく）およびシールドを導電結合した後、それぞれの超電導体の結合部位に絶縁層を取り付ける必要がないことにある。これによって両ケーブルを結合させるためのコストが著しく低減されている。これは絶縁材の節減にも、組立工の時間浪費的な仕事に対しても言えることである。

この利点は、結合されるケーブルが２つまたは３つの互いに同軸に配置される超電導体を有しているならば、さらに効果的である。従来の技術では、これらの超電導体のために絶縁層または誘電体を再形成させてから次の超電導体の結合を実施しなければならない。

本発明による方法と対応する装置にとっては、両ケーブルの端部が互いに平行に延在して互いに機械的に結合されることも重要であり、その結果その軸線方向に対し横方向に延在する電気接触要素がそれぞれの超電導体およびシールド上に簡単に取り付けられ、ケーブル端部の移動時に損傷することがない。

本発明による方法およびこの方法で製造される完成した装置にとっては、個々の処置をどのような順番で実施するかは重要でない。まず、両ケーブル端部の超電導体およびシールドを露出させる方法が有利である。次に、少なくとも、一方のケーブル端部を、他方のケーブルの端部に対し平行に位置決めしてこれと機械的に結合させることができるように曲げる。次に接触要素を取り付ける。有利には接触要素はケーブルの自由端から軸線方向に超電導体およびシールド上をスライドさせて取り付けることができる。上述のすべての方法ステップは、基本的には、クライオスタットの外側で実施することができる。

しかしながら、両ケーブルをそれぞれすでにクライオスタット内に配置し、超電導体およびシールドを露出させた後に、クライオスタットとして実施されるハウジングに挿入するのが特に有利である。この場合には、接触要素を取り付ける前に、まず両ケーブルをハウジング内で互いに機械的に結合させることができる。

たとえば取り囲んでいるクライオスタットとともに１８０゜曲げ戻される超電導ケーブルは、複数の補償要素を互いに対称にクライオスタット内に組み込み、該補償要素により、ケーブルの冷却時およびその再加熱時にクライオスタットの長さ変化を補償できることを可能にさせる。

本発明による方法とこの方法で製造される装置とを、実施形態として図面を用いて説明する。

２つの超電導体ケーブルの端部の延在態様の１実施形態の概略図である。 ２つの超電導体ケーブルの端部の延在態様の他の実施形態の概略図である。 ２つの超電導体ケーブルの端部の延在態様の他の実施形態の概略図である。 ２つの超電導ケーブル間の結合部位の詳細図である。 １つの超電導ケーブルの断面図である。 クライオスタット内に配置される図４の結合部位の同様の図である。

本発明によれば、２つの超電導ケーブルの端部は、その超電導体およびシールドの露出後に、互いに平行に並設されるべきである。このためには、少なくとも両ケーブルのうちの一方のケーブルの端部は、他方のケーブルの端部に対し平行に位置決めできるように折り曲げねばならない。両ケーブルの端部の対応する延在態様に対する例が図１ないし図３に図示されている。なお、両ケーブルは線のみで示唆されている。

図１によれば、２つの超電導ケーブル１と２の端部はそれぞれ９０゜曲げられている。両ケーブルは互いに平行であり、それらの自由端でもって同方向に指向している。

図２によれば、ケーブル１の端部は１８０゜曲げ戻されており、他方ケーブル２の端部は直線状に延在している。

図３によれば、ケーブル１の端部は９０゜曲げられており、他方ケーブル２の端部は直線状に延在している。このケースでは、ケーブルランは両ケーブル１と２の結合部位から直角に折り曲げられている。

次の説明では、図２の実施形態を図４を用いて詳細に説明する。図４には２つの超電導ケーブル１と２の端部が図示されているが、これらの端部は互いに平行に延在して互いに機械的に結合されている。この点は両ケーブルの間にあるクロスハッチングで示した中間部材３によって示唆されている。

両ケーブル１と２のそれぞれは、図５に図示した実施形態によれば、当業者の間では「フォーマー」とも呼ばれる担持体４上に配置される超電導体５を有している。超電導体５は誘電体６（絶縁部）によって取り囲まれ、誘電体上には電気的に効果的なシールド７が装着されている。両ケーブル１と２の超電導体５とそのシールド７とは、ケーブルの端部において、該ケーブルを取り囲んでいる層から自由になっており、すなわち誘電体６からも自由になっている。両ケーブル１と２の端部は同じ方向に指向している。両ケーブルはいわば「合同」に互いに横に位置決めされている。このため、ケーブル１はその端部領域で１８０゜曲げられている。すなわち、その端部でもって伝送経路内での延在方向とは逆方向に曲げ戻されている。図４の図示では、両ケーブル１と２の外層はそれぞれシールド７である。

両ケーブル１と２の超電導体５は、両ケーブル１と２の軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素８によって互いに導電結合されている。同様に、両ケーブルのシールド７は電気接触要素９によって互いに導電結合されている。接触要素８と９は、ケーブルの自由端から超電導体５およびシールド７上をスライドさせて取り付けることができるので有利である。

このように機械的に且つ電気的に互いに結合されるケーブル端部は、電気エネルギー用伝送経路を構築するため、図４で鎖線で示唆した、クライオスタットとして実施されたハウジング１０内に挿入することができ、たとえば押し込むことができる。伝送経路の作動時、挿入される冷媒（たとえば液体窒素）がハウジング１０をも貫流する。冷媒は同時に両ケーブル１と２またはその超電導体５およびシールド７のための絶縁媒体であり、その結果、すでに述べたように、絶縁材の取り付けを省略することができる。

有利な実施形態では、ケーブル１と２をまずそれぞれクライオスタット内に配置し、クライオスタットからケーブルはそれぞれ、その超電導体とシールとを前述の意味で露出させることができる程度に突出する。これに対応するクライオスタット１１と１２の端部が図６に示唆されている。ケーブルはクライオスタットとして実施されているハウジング１０と結合されている。両ケーブル１と２の端部をハウジング１０に挿入する際、この実施形態では、ケーブルはハウジング内にある保持要素によって互いに機械的に結合させることができる。

その後、電気接触要素８と９をハウジング１０の内部で超電導体５およびシールド７に取り付けることができ、特にスライドさせて取り付けることができる。このため、対応的に構成したハウジング１０はたとえば端面１３において当初まだ開口している。ハウジング１０の端面１３は最後に閉じられる。

ケーブル１の、従って該ケーブルを取り囲んでいるクライオスタット１１の曲げられた端部は、たとえば図４で破線の枠１４と１５で示唆した２つの補償要素を互いに対称にクライオスタット１１内に組み込むことを可能にする。補償要素は、ケーブル１の冷却および再加熱の際に発生することがあるクライオスタット１１の長さ変化を補償するのに適している。適した補償要素はたとえばベローズである。

１，２ 超電導ケーブル
５ 超電導体
７ シールド
８，９ 接触要素
１０ ハウジング

Claims (7)

1. 誘電体によって取り囲まれている少なくとも１つの超電導体と、前記誘電体上に配置されている電気的に有効なシールドとをそれぞれ有している２つの超電導ケーブルを導電結合させるための方法であって、両超電導ケーブルの端部において結合される前記超電導体と前記シールドとを、まず、取り囲んでいる層から自由にし、その後に互いに導電結合させるようにした前記方法において、
   前記両超電導ケーブルの前記端部を、その自由端が同方向に指向するように互いに平行に並設すること、
   前記両超電導ケーブルの前記端部を互いに固定結合させること、
   一方では前記両超電導ケーブルの前記超電導体と他方では前記シールドとを、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合させること、
   このように処理した前記両超電導ケーブルの前記端部を、電気エネルギー用伝送経路を構築する際に共にクライオスタットのハウジング内に配置し、前記伝送経路の作動の際に前記ハウジングに絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させること、
   を特徴とする方法。
2. 前記両超電導ケーブルのうちの少なくとも一方の超電導ケーブルの端部を、他方の超電導ケーブルの端部に対し平行に延在するように折り曲げることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記一方の超電導ケーブルの前記端部を９０゜折り曲げることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記一方の超電導ケーブルの前記端部を１８０゜曲げ戻すことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記両超電導ケーブルの前記端部をそれぞれ９０゜曲げることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記両超電導ケーブルのそれぞれを、まず、前記ハウジングと結合されるクライオスタット内へ取り付けて、それぞれの前記超電導ケーブルの前記端部が付属のクライオスタットから突出して前記ハウジング内を突入するようにすること、
   前記両超電導ケーブルの前記端部を、まだ開口している前記ハウジング内で互いに機械的に結合させること、
   前記電気接触要素を、前記ハウジング内部で、前記両超電導ケーブルの露出している前記超電導体および前記シールドに取り付けること、
   最後に前記ハウジングを閉じること、
   を特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項６に記載の方法を用いて製造された装置において、
   クライオスタットとして実施されるハウジング内に、２つの超電導ケーブルの端部が配置され、該超電導ケーブルの超電導体とシールドとが、これら端部において、取り囲んでいる層から自由になっていること、
   一方では両超電導ケーブルの前記超電導体が、他方では前記シールドが、それぞれの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合されていること、
   を特徴とする装置。

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