JP2015185423A - 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。
また、補強部材と金属電極とをボルトで固定する場合は、金属電極にタップ加工を施す必要があるため、金属電極の厚さと幅が大きくなる。
このように、従来の固定方法では、金属電極を小型にすることが困難であるため、超電導電流リードが大型になり、設置時の作業性が低下する。さらには、金属電極が大きくなることから低温部への熱侵入量も当然に大きくなる。
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を収容する補強部材と、を備え、
前記金属電極と前記補強部材がピンにより固定されることを特徴とする。
図1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2は、超電導電流リード10の外観図である。図3は、超電導線材11の一般的な構成を示す図である。図4は、超電導電流リードをZ方向先端側から見た平面図である。図5は、図6におけるV−V矢視断面図である。図6は、超電導電流リードをY方向基端側から見た正面図である。図7は、図4におけるVII−VII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31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31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。
長さ方向の軸線を挟んで対向する膨出部142a、142aの離間幅は、第1の金属電極12の引出部121の幅と同じである。また、膨出部142a、142aは、第1の金属電極12の内側挿通孔121aと同径でY方向に貫通して形成された外側挿通孔142b、142bを有する。
長さ方向の軸線を挟んで対向する膨出部142c、142cの離間幅は、第2の金属電極13の引出部131の幅と同じである。また、膨出部142c、142cは、第2の金属電極13の内側挿通孔131aと同径でY方向に貫通して形成された外側挿通孔142d、142dを有する。
側壁142の膨出部142aから底壁141の凸部141aまでの長さが第1の金属電極12の被収容部122の長さと同じであり、側壁142の膨出部142cから底壁141の凸部141aまでの長さが第2の金属電極13の被収容部132の長さと同じである。
熱侵入量を低減する観点からは、繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)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、前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体は補強部材14内に位置決めした状態で収容される。補強部材14と第1の金属電極12及び第2の金属電極13とは規制部によって長さ方向に移動不能に係合するので、ボルトを用いて固定する場合と同等の引張強度を容易に実現することができる。
また、固定ピン15A、15Bは、耐久性に優れるステンレス製であることが好ましい。
具体的には、補強部材14は長さ方向に直交するY方向において軸線を挟んで対向する位置に貫通して形成される外側挿通孔142b、142dを有し、第1の金属電極12は外側挿通孔142bに対応する位置に貫通して形成される内側挿通孔121aを有し、第2の金属電極13は外側挿通孔142dに対応する位置に貫通して形成される内側挿通孔131aを有する。固定ピン15Aが外側挿通孔142b及び内側挿通孔121aに挿通され、固定ピン15Bが外側挿通孔142d及び内側挿通孔131aに挿通されることにより、第1の金属電極12及び第2の金属電極13と補強部材14が固定される。
実施例では、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、第2の金属電極)を接合し、さらにGFRP製の補強部材に収容して、実施の形態で説明した超電導電流リードを作製した。金属電極には、所定の引張強度が得られ、かつ、定格電流を通電できる断面積を持つ範囲でできるだけ小さいものを用いた。超電導電流リードにおける超電導線材の線材長(電極間距離)は100mm、線材幅は5mmとした。
比較例1では、固定ピンではなく、ボルトを用いて補強部材と金属電極を固定した。ボルトを用いて固定するため、金属電極には、実施例で用いた金属電極よりも大きいものを用いた。超電導電流リードのサイズ及び金属電極の固定方法以外は、実施例と同様である。
比較例2では、固定ピンではなく、エポキシ樹脂製の接着剤を用いて補強部材と金属電極を固定した。金属電極には、比較例1で用いた金属電極と同じものを用い、金属電極の被収容部の全域を接着面とした。超電導電流リードのサイズ及び金属電極の固定方法以外は、実施例と同様である。
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
121 引出部
122 被収容部
13 第2の金属電極
131 引出部
132 被収容部
14 補強部材
14A 収容部
141 底壁
141a 凸部(第2の規制部)
142 側壁
142a、142c 膨出部(第1の規制部)
142b、142d 外側挿通孔
14B 蓋部
15A、15B 固定ピン
20 超電導コイル
30 電源
40 低温容器
Claims (7)
- 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金属電極と、
前記超電導線材と前記金属電極とを含むリード本体を収容する補強部材と、を備え、
前記金属電極と前記補強部材がピンにより固定されることを特徴とする超電導電流リード。 - 前記補強部材は、長手方向に直交する方向において軸線を挟んで対向する位置に貫通して形成される外側挿通孔を有し、
前記金属電極は、前記外側挿通孔に対する位置に貫通して形成される内側挿通孔を有し、
前記ピンが前記外側挿通孔及び前記内側挿通孔に挿通されることにより、前記金属電極と前記補強部材が固定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。 - 前記ピンは、中空ピンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の超電導電流リード。
- 前記ピンは、薄板を円筒状に巻いて形成されるスプリングピンであ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。
- 前記補強部材は、前記金属電極が長手方向外側に移動するのを規制する第1の規制部と、前記金属電極が長手方向中央側に移動するのを規制する第2の規制部と、を有し、
前記金属電極は、前記第1の規制部と前記第2の規制部の間に挟装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。 - 前記補強部材は、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5のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
- 前記補強部材は、繊維強化プラスチックで構成されることを特徴とする請求項6に記載の超電導電流リード。
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