JP5253880B2 - Superconducting device and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、極低温環境に冷却される超電導素子(超電導コイルを含む。以下、同様)を有する超電導装置であって、室温側の電源あるいは電力系統から超電導素子に対して電流を供給するための電流リードを具備する超電導装置に関する。 The present invention is a superconducting device having a superconducting element (including a superconducting coil; hereinafter the same) that is cooled to a cryogenic environment for supplying a current to the superconducting element from a power supply or power system on the room temperature side. The present invention relates to a superconducting device having a current lead.
超電導は、抵抗ゼロで大電流を流せるという特長を有するため、産業応用、医療応用、電力応用などさまざまな応用に向けた開発が進められている。従来の典型的な超電導装置において、超電導素子は、液体窒素、液体ヘリウムなどの冷媒に浸漬して冷却される(たとえば特許文献1参照)。また、冷媒を使用せずに冷凍機の冷却ステージへの熱伝導により冷却する方式もありうる。冷媒容器は、室温に置かれる断熱容器中に真空などの断熱空間を介して配置している。超電導素子を、常温側に置かれる電源あるいは電力系統と接続するために、電流リードが配置されている。 Since superconductivity has the feature of allowing a large current to flow with zero resistance, development for various applications such as industrial applications, medical applications, and power applications is underway. In a conventional typical superconducting device, a superconducting element is cooled by being immersed in a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium (see, for example, Patent Document 1). There may also be a method of cooling by using heat conduction to the cooling stage of the refrigerator without using a refrigerant. The refrigerant container is disposed in a heat insulating container placed at room temperature via a heat insulating space such as a vacuum. Current leads are arranged to connect the superconducting element to a power source or power system placed on the room temperature side.
このような超電導装置を設計する上で、電流リードは重要な部品である。その理由は、熱設計の見地と絶縁設計の見地の両方にある。前者の熱設計での重要性は、電流リードが低温側、すなわち冷媒容器内部への熱侵入源となるからである。電流リードは室温側と低温側を結ぶため、通常銅などの金属が使用される。オーミック発熱(電気抵抗による発熱)を抑制するために電流リードの断面積を大きくし電気抵抗を小さくすると、オーミック発熱は減少するが、室温からの熱伝導による熱侵入が増加する。逆に、電流リードの断面積を小さくすると、室温からの熱伝導による熱侵入は低減するが、オーミック発熱が増加する。したがって、電流リードの断面積には最適値がある。 In designing such a superconducting device, the current lead is an important component. The reason is both in terms of thermal design and insulation design. The importance in the former thermal design is that the current lead becomes a heat penetration source into the low temperature side, that is, the inside of the refrigerant container. Since the current lead connects the room temperature side and the low temperature side, a metal such as copper is usually used. Increasing the cross-sectional area of the current lead and reducing the electrical resistance to suppress ohmic heat generation (heat generation due to electric resistance) reduces ohmic heat generation, but increases heat penetration due to heat conduction from room temperature. On the contrary, when the cross-sectional area of the current lead is reduced, heat intrusion due to heat conduction from room temperature is reduced, but ohmic heat generation is increased. Therefore, there is an optimum value for the cross-sectional area of the current lead.
厳密には、定格電流値、電流リードの室温端から低温端までの長さ、断面積について、(電流値)×(長さ)/(断面積)を最適化する考え方が良く知られている。(電流値)×(長さ)/(断面積)を最適化した場合、室温端から低温端への電流リードによる熱侵入は、定格電流値1Aの電流リードで、1本当たり0.045Wであり、この値は定格電流値に比例する。
さて、このように設計された電流リードは、超電導機器に良く使われているが、以下に示す問題がある。 Now, current leads designed in this way are often used in superconducting equipment, but have the following problems.
ここで取り上げる問題を一言で集約すると、電流リードの室温端が着霜しやすい、ということである。確かに、電流リードは、室温端は設計上文字通り室温付近の温度と考えて良いのだが、現実の運用では温度が低下してしまい、大気中の水分を凝縮させ、電流リード表面に水滴が付着することがある。特にこの現象は、電流リードに流れる電流が定格電流値よりも小さくなった場合に生じやすい。一般に、定格電流値は、想定される最大電流値を考えるが、実際の超電導装置の運用では、定格電流値よりも小さい電流が流れる状況が多いからである。 To sum up the issues taken up here, the room temperature end of the current lead tends to frost. Certainly, the current lead can be considered to be literally near room temperature by design, but the temperature drops in actual operation, condensing moisture in the atmosphere, and water droplets adhere to the surface of the current lead There are things to do. In particular, this phenomenon is likely to occur when the current flowing through the current lead is smaller than the rated current value. In general, the rated current value is assumed to be the maximum current value assumed, but in actual operation of the superconducting device, there are many situations in which a current smaller than the rated current value flows.
極端なケースでは、超電導コイルを極低温環境に冷却保持しておきながら、通電していない場合である。この状態でも、電流リードは室温端と低温端をつないでいるため、熱伝導により低温端に入熱がある。この熱侵入は、定格電流値1Aの電流リードで、1本当たり約0.03Wである。定格通電時と、定格未満の電流値の通電(最も極端なケースは非通電)時の違いは、前者の場合は電流リードのオーミック発熱が低温端への熱源になるのに対し、後者の場合には室温端から低温端へ熱伝導が熱源になることである(極端なケースである非通電時は、すべて熱伝導による入熱)。室温端から常時入熱するということは、電流リードの室温端表面で、大気より入熱していることになる。この状態は次のような式(1)で表わされる。 In an extreme case, the superconducting coil is cooled and held in a cryogenic environment and is not energized. Even in this state, since the current lead connects the room temperature end and the low temperature end, there is heat input at the low temperature end due to heat conduction. This heat penetration is about 0.03 W per current lead with a rated current value of 1A. The difference between the rated energization and the energization with a current value less than the rating (the most extreme case is de-energization) is that in the former case the ohmic heating of the current lead is the heat source to the low temperature end, whereas in the latter case Is that heat conduction becomes a heat source from the room temperature end to the low temperature end (when heat is not applied, which is an extreme case, all heat input by heat conduction). The constant heat input from the room temperature end means that heat is input from the atmosphere at the room temperature end surface of the current lead. This state is expressed by the following equation (1).
Q = hA(Tair − Tlead) (1)
ここで、Qは入熱量[W]であり、非通電時では定格電流値1Aの電流リードで、1本当たり約0.03Wである。hは電流リード表面での対流熱伝達率[W/m2・K]を表す。Aは伝熱面積[m2]、Tairは大気温度(室温)[K]、Tleadは電流リードの室温端の温度[K]である。
Q = hA (T air - T lead) (1)
Here, Q is the amount of heat input [W], and is about 0.03 W per wire with a current lead having a rated current value of 1 A when not energized. h represents the convective heat transfer coefficient [W / m 2 · K] on the current lead surface. A is the heat transfer area [m 2 ], T air is the atmospheric temperature (room temperature) [K], and T lead is the temperature [K] at the room temperature end of the current lead.
上述した電流リード表面に水滴または霜が付着する現象は、式(1)で示す伝熱が充分でない場合、Tleadで示される電流リードの室温端の温度が低下することで起きると考えられる。 The phenomenon of water droplets or frost adhering to the surface of the current lead described above is considered to be caused by a decrease in the temperature at the room temperature end of the current lead indicated by T lead when the heat transfer represented by the equation (1) is not sufficient.
電流リード表面に水滴または霜が付着すると、次のような問題を生ずる。 When water droplets or frost adheres to the surface of the current lead, the following problems occur.
第一は、電流リード絶縁の低下の問題である。一般に電流リードの課電部は、対地電位にある容器室温部と何らかの絶縁物を介して繋がっている。その絶縁物表面を絶縁沿面とし、必要な距離を確保する必要がある。ところが、電流リード表面に水滴が着き、その水滴が絶縁沿面にまで滴ると、絶縁強度が低下する。乾燥状態よりも湿った状態の方が、絶縁耐力が低下するからである。 The first is the problem of current lead insulation degradation. In general, the current lead charging section is connected to the room temperature of the container at ground potential via some kind of insulator. It is necessary to secure the necessary distance by making the insulator surface creeping. However, when water droplets adhere to the surface of the current lead and the water droplets also drop on the insulation creepage surface, the insulation strength decreases. This is because the dielectric strength decreases in a wet state than in a dry state.
第二は、電流リード材料の腐食の問題である。電流リードの通電部は、銅などの金属を材料としている。電流リード表面に水滴または霜が付着する状態が長時間続くと、リード材料が錆を帯びるなどの問題を生ずる。 The second is the problem of current lead material corrosion. The energization part of the current lead is made of a metal such as copper. If a state where water droplets or frost adheres to the surface of the current lead continues for a long time, problems such as rusting of the lead material occur.
第三に、電流リード以外の材料の腐食の問題である。電流リード表面の水滴が、超電導装置の容器の表面に滴った場合、上記と同じく、金属材料が錆を帯びる問題を生ずる。さらには、容器表面から滴り落ち、床等に水滴が回った時、床材量が金属であれば、同様の問題を生ずる。 Third, there is a problem of corrosion of materials other than current leads. When water droplets on the surface of the current lead drop on the surface of the container of the superconducting device, the problem arises that the metal material becomes rusted as described above. Furthermore, if the amount of the flooring material is metal when dripping from the surface of the container and water droplets turn around the floor or the like, the same problem occurs.
以上述べたように電流リード表面に水滴または霜が付着することは、超電導装置の長期信頼性を著しく欠く問題である。 As described above, water droplets or frost adhering to the surface of the current lead is a problem that remarkably lacks the long-term reliability of the superconducting device.
本発明は、このようなに課題に鑑みてなされたものであり、超電導装置の電流リード表面に水滴または霜が付着することを抑制し、超電導装置の長期信頼性を向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to prevent water droplets or frost from adhering to the surface of the current lead of the superconducting device and to improve the long-term reliability of the superconducting device. .
上記目的を達成するために、本発明に係る超電導装置は、極低温環境に冷却される超電導素子と、この超電導素子を収容する低温容器と、この低温容器に取り付けられてその低温容器の内部を冷却するための冷凍機と、前記低温容器の壁を貫通して前記超電導素子に電気的に接続され、前記低温容器の外から供給される電流を前記超電導素子に供給するための電流リードと、前記低温容器の壁と電流リードとの間に介在するように配置され、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子と、を有し、前記冷凍機は、前記低温容器外に配置された空冷放熱器を有し、前記空冷放熱器で加熱された空気が、前記電流リードのうちの前記低温容器外の部分である電流リード室温端を加熱するように配置されていること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, a superconducting device according to the present invention includes a superconducting element cooled to a cryogenic environment, a cryocontainer that accommodates the superconducting element, and an inside of the cryocontainer attached to the cryocontainer. A refrigerator for cooling, a current lead for supplying a current supplied from outside the cryocontainer to the superconducting element, electrically connected to the superconducting element through the wall of the cryocontainer, An insulating terminal that is disposed so as to be interposed between the wall of the cryogenic vessel and the current lead and electrically insulates between the wall of the cryogenic vessel and the current lead. An air-cooled heat radiator disposed outside the container, and the air heated by the air-cooled heat radiator is disposed so as to heat a current lead room temperature end that is a portion of the current lead outside the low-temperature container. That, with the features That.
また、本発明に係る超電導装置は、極低温環境に冷却される超電導素子と、この超電導素子を収容する低温容器と、この低温容器に取り付けられてその低温容器の内部を冷却するための冷凍機と、前記低温容器の壁を貫通して前記超電導素子に電気的に接続され、前記低温容器の外から供給される電流を前記超電導素子に供給するための電流リードと、前記低温容器の壁と電流リードとの間に介在するように配置され、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子と、前記電流リードのうちの前記低温容器の外側部分である電流リード室温端の周囲に配置されたフィンと、を有することを特徴とする。 The superconducting device according to the present invention includes a superconducting element cooled to a cryogenic environment, a cryocontainer that accommodates the superconducting element, and a refrigerator that is attached to the cryocontainer and cools the inside of the cryocontainer. A current lead for passing through the wall of the cryocontainer and being electrically connected to the superconducting element, and supplying a current supplied from outside the cryocontainer to the superconducting element, and a wall of the cryocontainer, An insulation terminal disposed between the current lead and electrically insulating between the wall of the cryogenic vessel and the current lead; and a current lead that is an outer portion of the cryogenic vessel of the current lead at room temperature And fins arranged around the ends.
また、本発明に係る超電導装置運転方法は、低温容器内に超電導素子を収容し、前記低温容器内部を冷凍機によって冷却し、電流リードを、前記低温容器の壁を貫通させて、この電流リードを通じて前記超電導素子に電流を供給し、前記低温容器の壁と電流リードとの間に、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子を介在させ、前記冷凍機の空冷放熱器で加熱された空気によって、前記電流リードのうちの前記低温容器外の部分である電流リード室温端を加熱すること、を特徴とする。 Also, the superconducting device operating method according to the present invention includes a superconducting element housed in a cryogenic vessel, the inside of the cryogenic vessel is cooled by a refrigerator, and a current lead is passed through the wall of the cryogenic vessel, and the current lead An electric current is supplied to the superconducting element through an insulation terminal interposed between the wall of the cryogenic vessel and the current lead to electrically insulate between the wall of the cryogenic vessel and the current lead. The room temperature end of the current lead, which is a portion of the current lead outside the cryogenic vessel, is heated by air heated by a radiator.
この発明によれば、超電導装置の電流リード表面に水滴または霜が付着することが抑制され、超電導装置の長期信頼性を向上することができる。 According to the present invention, water droplets or frost is prevented from adhering to the surface of the current lead of the superconducting device, and the long-term reliability of the superconducting device can be improved.
以下、本発明に係る超電導装置の種々の実施形態に関して図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, various embodiments of a superconducting device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る超電導装置の第1の実施形態の模式的立断面図である。低温容器40は断熱容器12とその内側の冷媒容器14を有している。断熱容器12と冷媒容器14の間は真空13になっていて、冷媒容器14内に、液体ヘリウムなどの冷媒15が収容されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a first embodiment of a superconducting device according to the present invention. The
冷媒15内に浸漬されるように冷却ステージ17が配置され、この冷却ステージ17を冷却する冷凍機16の冷却部41が低温容器40に取り付けられている。冷凍機16は、低温容器40の外側に配置された圧縮機21および、冷却部41と圧縮機21とを連絡する配管23a、23bを含む。冷凍機16はさらに、圧縮機21で発生した熱を大気に排出するための空冷放熱器22を有する。空冷放熱器22は、好ましくは冷却ファン(図示せず)を有するが、自然対流による空冷であってもよい。
The
冷媒15内に浸漬されるように超電導コイルなどの超電導素子11が配置され、超電導素子11に電流を供給するための電流リード18a、18bが冷媒容器14および断熱容器12の壁を貫通して低温容器40の外側の電流リード室温端118a、118bに延びている。電流リード18a、18bが断熱容器12の壁を貫通する部分には絶縁端子19が配置され、電流リード18a、18bと断熱容器12の間の電気的絶縁を保持するとともに断熱容器12の気密を保持する構造になっている。
A
この実施形態では、電流リード室温端118a、118bの近傍に空冷放熱器22が配置され、空冷放熱器22で加熱された空気が電流リード室温端118a、118bを加熱するように構成されている。空冷放熱器22がファン(図示せず)を有する場合は、このファンによる空気の流れを考慮して空冷放熱器22の下流側に電流リード室温端118a、118bが位置するようにすればよい。
In this embodiment, the
この実施形態によれば、電流リード室温端118a、118bの周囲の空気温度が大気温度よりも高くなるので、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制することができる。 According to this embodiment, since the air temperature around the current lead room temperature ends 118a and 118b is higher than the atmospheric temperature, frost formation on the surface of the current lead room temperature ends 118a and 118b can be prevented or suppressed.
[第2の実施形態]
図2は、本発明に係る超電導装置の第2の実施形態の模式的立断面図である。この第2の実施形態は第1の実施形態に比べて、電流リード室温端118a、118b表面にフィン43を取り付けた点が異なる。フィン43は、表面積を大きくするものであって、多数の板状や多数の針金状突起など種々のものがありうる。板状の場合は、空気の流れに沿って延びるものが好ましく、図2の例では、空気の流れがほぼ水平になるので、フィン43は水平方向に延びる板状が好ましい。板状のフィン43の形状は、たとえば電流リード室温端118a、118bの軸心を中心とする円板状である。電流リード室温端118a、118b同士が近接している場合は、フィン43同士の干渉を避けるために非軸対称形状としてもよい。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of a second embodiment of the superconducting device according to the present invention. The second embodiment differs from the first embodiment in that
この実施形態によれば、第1の実施形態に比べて電流リード室温端118a、118bの表面積が増大するので空気から電流リード室温端118a、118bへの入熱がさらに増えて電流リード室温端118a、118bの温度を高めることができるので、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制する効果をさらに高めることができる。 According to this embodiment, since the surface area of the current lead room temperature ends 118a and 118b is increased as compared with the first embodiment, heat input from the air to the current lead room temperature ends 118a and 118b further increases, and the current lead room temperature ends 118a. , 118b can be raised, and the effect of preventing or suppressing frost formation on the surface of the current lead room temperature ends 118a, 118b can be further enhanced.
[第3の実施形態]
図3は、本発明に係る超電導装置の第3の実施形態の模式的立断面図である。この第3の実施形態は、第1の実施形態(図1)における冷媒容器14および冷媒15を用いず、超電導素子11と冷却ステージ17とを伝熱板26によって熱的に直接接続するものである。このような例であっても、第1の実施形態と同様に、電流リード室温端118a、118bの近傍に空冷放熱器22を配置し、空冷放熱器22で加熱された空気が電流リード室温端118a、118bを加熱するように構成することができる。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a third embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the third embodiment, the
これにより、第1の実施形態と同様に、電流リード室温端118a、118bの周囲の空気温度が高くなるので、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制することができる。 As a result, as in the first embodiment, the air temperature around the current lead room temperature ends 118a and 118b increases, so that frost formation on the surface of the current lead room temperature ends 118a and 118b can be prevented or suppressed.
[第4の実施形態]
図4は、本発明に係る超電導装置の第4の実施形態の模式的立断面図である。この第4の実施形態では、低温容器40、冷凍機16、電流リード18a、18bおよび絶縁端子19を含む全体が収納容器24内に収容されている。収納容器24には空気出入り口25が設けられている。この実施形態では、圧縮機21および空冷放熱器22の位置は、収納容器24内であればどこでもよく、図4の例では、低温容器40と並列して床面上に配置されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a fourth embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the fourth embodiment, the entirety including the
この実施形態によれば、圧縮機21の運転により収納容器24内の環境温度が、大気温度に比べて高くなるので、これによって、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制することができる。
According to this embodiment, the environmental temperature in the
[第5の実施形態]
図5は、本発明に係る超電導装置の第5の実施形態の模式的立断面図である。この第5の実施形態では、電流リード室温端118a、118bおよび絶縁端子19が箱27に覆われている。空冷放熱器22で加熱された空気が、吹き込み口28を通じて箱27に導入され、その後、排出口29を通じて排出されるように構成されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a fifth embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the fifth embodiment, the current lead room temperature ends 118 a and 118 b and the
この実施形態によれば、空冷放熱器22によって加熱された空気が確実に電流リード室温端118a、118b周辺に供給されるので、第1の実施形態に比べて、より確実に電流リード室温端118a、118b周辺の空気温度を高めることができる。これによって、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を、より確実に防止または抑制することができる。
According to this embodiment, since the air heated by the air-cooling
[第6の実施形態]
図6は、本発明に係る超電導装置の第6の実施形態の模式的立断面図である。この第6の実施形態では、電流リード室温端118a、118bの周囲に加熱器30a、30bが配置されている。加熱器30a、30bは、たとえば電気ヒーターである。電気ヒーターは、電流リード室温端118a、118bに対して電気絶縁する必要があり、たとえば絶縁被覆されたシーズヒーターを用いることができる。図6に示す例では加熱器30a、30bは電気ヒーターであって、加熱器電源50に接続されている。加熱器電源50は加熱器制御装置51によって制御される。
[Sixth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic vertical sectional view of a sixth embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the sixth embodiment,
この実施形態によれば、加熱器30a、30bにより、電流リード室温端118a、118bの温度を高めることができる。これによって、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制することができる。
According to this embodiment, the temperature of the current lead room temperature ends 118a and 118b can be increased by the
特に本構成では、加熱器制御装置51によって、電流リード18a、18bの通電電流の増減に従い、加熱器30a、30bの発熱量を変化させることができる。すなわち、定格電流値通電時に比べて通電電流が小さいとき、熱侵入量が減少した分を加熱器30a、30bの発熱で補えばよい。これにより、加熱器30a、30bによる電力消費および、電流リード18a、18bを通じて低温容器40内に流入する熱量を必要最小限に抑制することができる。
In particular, in this configuration, the
[第7の実施形態]
図7は、本発明に係る超電導装置の第7の実施形態の模式的立断面図である。この第7の実施形態では、電流リード室温端118a、118bの表面が絶縁体31a、31bでコーティングされている。絶縁体31a、31bは、電気絶縁材であるとともに熱伝導率の低い材料であって、たとえばエポキシ樹脂、繊維強化プラスチック(FRP)などである。
[Seventh Embodiment]
FIG. 7 is a schematic vertical sectional view of a seventh embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the seventh embodiment, the surfaces of the current lead room temperature ends 118a and 118b are coated with
この実施形態によれば、電流リード室温端118a、118bの表面が絶縁体31a、31bで覆われているので、ここでの着霜は回避できる。しかも、熱伝導率の低い絶縁体31a、31b内部で温度勾配ができるため、絶縁体31a、31b表面の温度は比較的高くなり、絶縁体31a、31b表面および絶縁端子19表面への着霜を抑制することができる。
According to this embodiment, since the surfaces of the current lead room temperature ends 118a and 118b are covered with the
[第8の実施形態]
図8は、本発明に係る超電導装置の第8の実施形態の模式的立断面図である。また、図9は、図8のIX−IX線矢視拡大平断面図である。
[Eighth Embodiment]
FIG. 8 is a schematic vertical sectional view of an eighth embodiment of the superconducting device according to the present invention. 9 is an enlarged cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
この第8の実施形態では、電流リード室温端118a、118bの外側にフィン53が取り付けられている。フィン53は、表面積を大きくするものであって、多数の板状や多数の針金状突起など種々のものがありうる。板状の場合は、一般に空気の流れに沿って延びるものが好ましい。この実施形態では、フィン53は周囲の空気よりも低温になるのでフィン53周辺では下方へ向かう空気の自然対流が生じる。したがって、フィン53は、電流リード室温端118a、118bの外側に向かって放射状に鉛直方向に延びる形状が好ましい。通常は、複数のフィン53が周方向に等間隔で軸対称に配列されるのが好ましい。しかし、電流リード室温端118a、118b同士が近接している場合は、フィン53同士の干渉を避けるために非軸対称の配置としてもよい。
In the eighth embodiment,
この実施形態によれば、フィン53がない場合に比べて、電流リード室温端118a、118bの実効的表面積が増大するので空気から電流リード室温端118a、118bへの入熱が増え、電流リード室温端118a、118bの温度を高めることができる。これにより、電流リード室温端118a、118b表面の着霜を防止または抑制することができる。
According to this embodiment, since the effective surface area of the current lead room temperature ends 118a and 118b is increased as compared with the case without the
式(1)において、たとえば、電流リード18a、18bの通電定格値1Aあたり0.001平方メートルとし、自然対流の熱伝達率hの代表的な値として約3W/m2.Kとすると、通電定格値1Aあたり、非通電時の熱侵入量が0.03Wなので、電流リード室温端118a、118bの表面積(フィン53の表面積を含む)を通電定格値1Aあたり0.001平方メートル以上確保すれば、大気と電流リード室温端118a、118bとの温度差を10K以下にすることができる。この結果、電流リード室温端118a、118bの表面温度低下を抑制でき、電流リード室温端118a、118bの表面が着霜することを抑制することができる。
In the formula (1), for example, the current rating of the current leads 18a and 18b is 0.001 square meter per 1A, and a typical value of the natural convection heat transfer coefficient h is about 3 W / m 2 . Assuming K, the amount of heat penetration during non-energization is 0.03 W per energization rating value 1 A, so the surface area of the current leads at the room temperature ends 118 a and 118 b (including the surface area of the fin 53) is 0.001 square meter per
[第9の実施形態]
図10は、本発明に係る超電導装置の第9の実施形態の模式的立断面図である。この第9の実施形態では、電流リード18a、18bが断熱容器12の壁を貫通する部分に、絶縁端子33a、33bが配置され、電流リード18a、18bと断熱容器12の間の電気的絶縁を保持するとともに断熱容器12の気密を保持する構造になっている。絶縁端子33a、33bの室温部すなわち断熱容器12の上面から突出した部分は、全体が円錐面状に傾斜している。
[Ninth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic vertical sectional view of a ninth embodiment of the superconducting device according to the present invention. In the ninth embodiment, the
この実施形態によれば、電流リード室温端118a、118bの表面に水滴が付き、その水滴が絶縁端子33a、33bに滴り落ちても、傾斜により断熱容器12側に落とすことができ、これにより、絶縁端子33a、33b表面に水が付着することによる沿面絶縁の低下を抑制できる。
According to this embodiment, even if water droplets are attached to the surfaces of the current lead room temperature ends 118a and 118b, and the water droplets drip onto the insulating
[他の実施形態]
以上、本発明に係る超電導装置の種々の実施形態について説明したが、これらは単なる例示であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
[Other Embodiments]
Although various embodiments of the superconducting device according to the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
また、上述の実施形態の特徴を種々に組み合わせることも可能である。 In addition, the features of the above-described embodiments can be combined in various ways.
たとえば、第2の実施形態(図2)のフィン43を第3〜第5の実施形態に適用することも可能である。また、第2および第4〜第8の実施形態はいずれも第1の実施形態と同様の冷媒容器14と冷媒15とを用いる場合についての例であるが、第2および第4〜第8の実施形態の特徴を第3の実施形態と同様の伝熱板26を用いる場合に適用することも可能である。
For example, the
11…超電導素子(超電導コイル)
12…断熱容器
13…真空
14…冷媒容器
15…冷媒
16…冷凍機
17…冷却ステージ
18a,18b…電流リード
19…絶縁端子
21…圧縮機
22…空冷放熱器
23a,23b…配管
24…収納容器
25…空気出入り口
26…伝熱板
27…箱
28…ガス吹き込み口
29…ガス排出口
30a,30b…加熱器
31a,31b…絶縁体
33a,33b…絶縁端子
40…低温容器
41…冷却部
43…フィン
50…加熱器電源
51…加熱器制御装置
53…フィン
118a,118b…電流リード室温端
11 ... Superconducting element (superconducting coil)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この超電導素子を収容する低温容器と、
この低温容器に取り付けられてその低温容器の内部を冷却するための冷凍機と、
前記低温容器の壁を貫通して前記超電導素子に電気的に接続され、前記低温容器の外から供給される電流を前記超電導素子に供給するための電流リードと、
前記低温容器の壁と電流リードとの間に介在するように配置され、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子と、
を有し、
前記冷凍機は、前記低温容器外に配置された空冷放熱器を有し、
前記空冷放熱器で加熱された空気が、前記電流リードのうちの前記低温容器外の部分である電流リード室温端を加熱するように配置されていること、を特徴とする超電導装置。 A superconducting element cooled to a cryogenic environment;
A cryogenic container that houses this superconducting element;
A refrigerator attached to the cryocontainer to cool the inside of the cryocontainer,
A current lead for passing through the wall of the cryocontainer and being electrically connected to the superconducting element and supplying a current supplied from outside the cryocontainer to the superconducting element;
An insulating terminal disposed so as to be interposed between the wall of the cryogenic vessel and the current lead, and electrically insulating between the wall of the cryogenic vessel and the current lead;
Have
The refrigerator has an air cooling radiator disposed outside the cryocontainer,
The superconducting device is characterized in that the air heated by the air-cooling radiator is arranged so as to heat a current lead room temperature end which is a portion of the current lead outside the cryogenic vessel.
前記空冷放熱器は、前記圧縮機の周辺に配置されて、その空冷放熱器に冷却空気が流れるように構成され、
前記空冷放熱器を通った冷却空気が前記電流リードの周辺を通るように構成されていること、を特徴とする請求項1に記載の超電導装置。 The refrigerator includes a compressor,
The air cooling radiator is arranged around the compressor, and is configured such that cooling air flows through the air cooling radiator,
The superconducting device according to claim 1, wherein cooling air that has passed through the air-cooling radiator is configured to pass around the current lead.
前記収納容器の内側の温度が外側の温度よりも高くなるように構成されていること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の超電導装置。 A storage container that accommodates all of the cryogenic container, refrigerator, current lead and insulated terminal and has an air inlet / outlet;
The inner temperature of the storage container is configured to be higher than the outer temperature,
The superconducting device according to claim 1 or 2, wherein
前記空冷放熱器で加熱された空気が前記箱の内部に導入されるように構成されていること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の超電導装置。 Further comprising a box for accommodating the current lead room temperature end and the insulated terminal;
The air heated by the air-cooling radiator is configured to be introduced into the box,
The superconducting device according to claim 1 or 2, wherein
この超電導素子を収容する低温容器と、 A cryogenic container that houses this superconducting element;
この低温容器に取り付けられてその低温容器の内部を冷却するための冷凍機と、 A refrigerator attached to the cryocontainer to cool the inside of the cryocontainer,
前記低温容器の壁を貫通して前記超電導素子に電気的に接続され、前記低温容器の外から供給される電流を前記超電導素子に供給するための電流リードと、 A current lead for passing through the wall of the cryocontainer and being electrically connected to the superconducting element and supplying a current supplied from outside the cryocontainer to the superconducting element;
前記低温容器の壁と電流リードとの間に介在するように配置され、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子と、 An insulating terminal disposed so as to be interposed between the wall of the cryogenic vessel and the current lead, and electrically insulating between the wall of the cryogenic vessel and the current lead;
前記電流リードのうちの前記低温容器の外側部分である電流リード室温端の周囲に配置されたフィンと、 A fin disposed around a room temperature end of the current lead that is an outer portion of the cryogenic vessel of the current lead;
を有することを特徴とする超電導装置。 A superconducting device characterized by comprising:
前記低温容器内部を冷凍機によって冷却し、 The inside of the cryogenic container is cooled by a refrigerator,
電流リードを、前記低温容器の壁を貫通させて、この電流リードを通じて前記超電導素子に電流を供給し、 A current lead is passed through the wall of the cryogenic vessel, and current is supplied to the superconducting element through the current lead;
前記低温容器の壁と電流リードとの間に、前記低温容器の壁と電流リードの間を電気的に絶縁する絶縁端子を介在させ、 Between the wall of the cryogenic vessel and the current lead, an insulating terminal for electrically insulating the wall of the cryogenic vessel and the current lead is interposed,
前記冷凍機の空冷放熱器で加熱された空気によって、前記電流リードのうちの前記低温容器外の部分である電流リード室温端を加熱すること、を特徴とする超電導装置運転方法。 A method of operating a superconducting device, comprising: heating a room temperature end of a current lead, which is a portion of the current lead outside the cryogenic vessel, with air heated by an air-cooling radiator of the refrigerator.
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