JP2015122163A - 超電導電流リード - Google Patents
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Abstract
Description
超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。
エッジワイズ曲げ歪みε[%]は、図2に示すように、超電導線材の幅をW、曲率半径をRとしたとき、
ε=[W/(2R+W)]×100 ・・・(1)
で表される。曲率半径Rは、超電導線材の線材長から求めることができる。超電導線材の線材長は、超電導線材の両端に取り付けられる金属電極間の距離に等しい。
前記超電導線材の両端部に接合される第1の金属電極、第2の金属電極と、
前記超電導線材、前記第1の金属電極、及び前記第2の金属電極を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材と、
前記超電導線材の幅方向にローレンツ力が作用するときに、前記超電導線材の幅方向に生じる曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板と、を備えることを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図3は、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リード10を用いた超電導磁石装置1を示す図である。図4は、超電導リード10の外観図である。図5は、超電導線材11の一般的な構成を示す図である。図6は、超電導電流リード10をZ方向先端側から見た平面図である。図7は、図8におけるVII−VII矢視断面図である。図8は、超電導電流リード10をY方向基端側から見た正面図である。図9は、図6におけるIX−IX矢視断面図である。
低温容器40は、内側の容器41と外側の真空槽42とからなる二重構造を有する。容器41は冷凍機(図示略)に接続される。真空槽42は真空ポンプ(図示略)に接続され、内部を真空状態に保持される。
電源30は、常温部となる低温容器40外に配置される。電源30は、常電導電流リード15及び超電導電流リード10を介して、超電導コイル20に電流を供給する。常電導電流リード15は、例えば銅線である。
超電導層113中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材11が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。
熱侵入量を低減する観点からは、GFRPが好適である。77KにおけるGFRPの熱伝導率は0.39W/(m・K)であり、超電導線材11の熱伝導率よりも著しく小さい。一方、超電導線材11が破損したときに超電導磁石装置1を保護する観点からは、バイパスとして機能するステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等が好適である。77Kにおけるステンレス合金(SUS304、SUS316)の熱伝導率は7.9W/(m・K)であり、超電導線材11の熱伝導率よりも小さい。
これにより、超電導線材11に生じるエッジワイズ曲げ歪みが規制されるので、エッジワイズ曲げ歪みに起因して超電導特性(例えば臨界電流値Ic)が著しく低下するのを防止することができる。
図10は、第2の実施の形態に係る超電導電流リード10Aの断面図である。図10は、第1の実施の形態における図7に対応する。
図10に示すように、第2の実施の形態に係る超電導電流リード10Aは、幅方向に並べて配置される2本の超電導線材11A、11Bを有する。この点で第1の実施の形態に係る超電導電流リード10と相違する。その他の構成は第1の実施の形態に係る超電導電流リード10と同様である。
実施例1では、YBCOからなる超電導層を有する1本(4枚積層×1束)の超電導線材11を用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極(第1の金属電極12、第2の金属電極13)を接合し、さらにGFRP製の補強部材14に収容して、第1の実施の形態に係る超電導電流リード10を作製した。超電導電流リード10における超電導線材11の線材長L(電極間距離)は100mm、線材幅Wは5mmとし、側壁142A、142Bと超電導線材11との離間距離d1、d2は0.5〜5.0mmとした。
実施例1の超電導電流リード10において、側壁142A、142Bを省略したものを比較例1とした。
実施例2では、YBCOからなる超電導層を有する超電導線材11を2本(4枚積層×2本)用意し、これらの両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極(第1の金属電極12、第2の金属電極13)を接合し、さらに仕切板143を有するGFRP製の補強部材14に収容して、第2の実施の形態に係る超電導電流リード10Aを作製した。超電導電流リード10Aにおける超電導線材11A、11Bの線材長L(電極間距離)は100mm、線材幅Wは5mmとし、超電導線材11Aと側壁142A、仕切板143との離間距離d1、d3、及び超電導線材11Bと側壁142B、仕切板143との離間距離d2、d4は、いずれも同じ値で、0.5〜5.0mmとした。
実施例2の超電導電流リード10Aにおいて、仕切板143を省略したものを比較例2とした。
実施例3の超電導電流リード10Aにおいて、仕切板143を省略したものを比較例3とした。
特に、離間距離d1〜d4を超電導線材11の線材長Lの5%以下とした実施例1−1〜1−3、実施例2−1〜2−3、及び実施例3−1〜3−3では、臨界電流値Icの低下はほとんどなく、ほぼ設計通りの特性を得ることができた。
10 超電導電流リード
11 超電導線材
111 金属基板
112 中間層
113 超電導層
114 安定化層
12 第1の金属電極
13 第2の金属電極
14 補強部材
141 蓋部
142 収容部
142A、142B 側壁(曲げ歪み阻止板)
142C 底壁
143 仕切板
15 常電導電流リード
20 超電導コイル
30 電源
40 低温容器
Claims (6)
- 金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材と、
前記超電導線材の両端部に接合される第1の金属電極、第2の金属電極と、
前記超電導線材、前記第1の金属電極、及び前記第2の金属電極を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材と、
前記超電導線材の幅方向にローレンツ力が作用するときに、前記超電導線材の幅方向に生じる曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板と、を備えることを特徴とする超電導電流リード。 - 前記曲げ歪み阻止板は、前記超電導線材の少なくとも一方の幅方向縁部に沿って、所定の離間距離をもって配置されることを特徴とする請求項1に記載の超電導電流リード。
- 前記所定の離間距離が、前記超電導線材の線材長の5%以下であることを特徴とする請求項2に記載の超電導電流リード。
- 前記超電導線材が幅方向に複数本並べて配置され、
前記曲げ歪み阻止板は、前記複数本の超電導線材の間に、前記超電導線材の幅方向に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の超電導電流リード。 - 前記曲げ歪み阻止板は、前記超電導線材よりも熱伝導性の低い材料で構成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
- 前記曲げ歪み阻止板は、少なくとも前記超電導線材と対向する側の表面が絶縁されてい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超電導電流リード。
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