JP6117643B2 - 超伝導性相導体を備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、３つの超伝導性相導体を備えた装置であって、前記超伝導性相導体が、熱絶縁部を有する少なくとも１つの管から成って冷媒を案内する少なくとも１つのクライオスタット内に配置され、且つ超伝導性導体と不導体と該不導体を取り囲んでいる導電性シールドとから構成されている前記装置に関するものである。

超伝導性ケーブルまたは対応する相導体は、十分な低温で超伝導状態へ移行する材料から成る導電体を有している。対応的に構成された導体の直流電気抵抗は、十分に冷却されている場合、特定の電流強さ、すなわち臨界電流強さを越えない限りゼロである。超伝導性ケーブルは低温不導体を備えているものと、高温不導体を備えているものとが知られている。

低温不導体を備えた超伝導性ケーブルでは、超伝導性導体は、絶縁層から成る不導体によって取り囲まれている。不導体に対しては、たとえばポリプロピレンから成って紙を積層させた帯材を使用することができる。このようなケーブルは、たとえば、超伝導性導体とこれに対し同心に配置される超伝導性シールドとから成り、超伝導性導体と超伝導性シールドとは不導体によって互いに切り離され、間隔をもって保持されている。これに対応するケーブルは、作動中、冷媒（たとえば液体窒素）を案内するクライオスタットによって取り囲まれ、該クライオスタットは、たとえば、熱絶縁部によって互いに絶縁される２つの同心の金属管から成っている。冷媒はケーブルの不導体に浸透し、よってケーブルの含浸剤でもある。

高温不導体を備えた超伝導性ケーブルの場合には、冷媒が貫流するクライオスタット内に超伝導性導体のみがダイレクトに装着されている。不導体と、常伝導材料（たとえば銅）から成るシールドとは、クライオスタットの外側に配置されている。

３つの超伝導性相導体を備えた装置は、特許文献１に由来する。これらの超伝導性相導体は、ともに、互いに熱絶縁された２つの同心の管から成るクライオスタット内に配置されている。各相導体は、超伝導性導体と、これを取り囲んでいる不導体と、該不導体の上に装着されている超伝導性シールドまたはリターンコンダクタとから成る。前記３つの超伝導性相導体は、装置の作動中に、クライオスタットを貫流する冷媒内にある。すなわち、この装置の構成は低温不導体を備えたシールドケーブルに相当している。

米国特許第７２３８８８７号明細書

本発明の課題は、一方では、冒頭で述べた装置を簡潔に構成すること、他方では、装置内で使用される相導体への伝導ロスを少なくすることである。

この課題は、本発明によれば、
３つの相導体のそれぞれのシールドが、該シールドの長手方向に互いに直列に位置する３つまたは３の整数倍の部分であって、第１の部分と第２の部分と第３の部分とから成る部分シールドを備えた前記部分を形成するため、２つの個所で、または、互いに間隔をもって設定されるそれぞれ２つの個所で、完全に分断されていること、
各相導体の第１の部分の前記部分シールドが、直列接続方向において、他の２つの相導体の第２の部分およびさらには第３の部分の部分シールドと導電接続されていること、
によって解決される。

本発明による、３つの相導体の異なる部分の部分シールドの結合は、「周期交差」とも呼ぶことができる。「低温不導体」の原理に従って構成されている相導体を備えた装置の作動時に部分シールドをこのように周期交差させると、相導体をシールドするために、超伝導性材料に比べて著しく安価な常伝導材料、たとえば銅を使用できるという利点がある。部分シールドが周期的に交差しているため、これら部分シールド内に電流が誘発されず、その結果相導体の伝導ロスが減少する。これは、「高温不導体」の原理に従って構成されている相導体を装置内で使用する場合にも言えることである。従って、この装置を用いると、相導体の構成に関係なく、より大きなパワーを伝導させることができる。

３つの超伝導性相導体を備えた装置の図である。 相導体の１実施形態の断面図である。 相導体の他の実施形態の断面図である。 本発明による装置内での使用のために準備される相導体の側面図である。 相導体のシールドを結合させるための交差図である。

本発明の対象のいくつかの実施形態が図面に示されている。

図１には、ともにクライオスタットＫＲ内に配置されている３つの超伝導性相導体１，２，３を備えた装置が図示されている。クライオスタットＫＲは、図示した実施形態によれば、互いに間隔をもって同心に配置される金属製の２つの管４と５から成り、これらの管の間に熱絶縁部６が配置され、好ましくは真空絶縁部が配置されている。管４と５は好ましくは特殊鋼から成っている。これらの管はその長手方向に対し横方向において波形状に形成されていてよい。管４と５は、グラスファイバーによって補強されていてよい十分に安定なプラスチックから成っていてよい。この場合はいわゆるＧＦＫパイプ（グラスファイバーで補強したパイプ）である。クライオスタットＫＲは中空空間ＨＲを取り囲み、該中空空間内に前記３つの相導体１，２，３が配置され、該中空空間を通じて装置の作動時に冷媒（たとえば液体窒素）が誘導される。クライオスタットＫＲは効果的な熱絶縁部によって取り囲まれる少なくとも１つの管を有している必要がある。

相導体１，２，３は、図２によれば、超伝導性導体７（その構成は種々の実施態様で基本的には公知である）と、該超伝導性導体を取り囲む不導体８と、該不導体の上にあるシールド９とから成っている。すなわち低温不導体を備えた相導体である。

３つの相導体１，２，３は、互いに切り離されてそれぞれ固有のクライオスタット内に収納されていてもよい。これは、特に、常に単心ケーブルとして別個のクライオスタット内に配置される、図３に対応する高温不導体を備えた超伝導性相導体に対し適用される。超伝導性導体７は、ここでは、いくぶん太めに示した円で示唆されているクライオスタットＫＲ内に配置され、該クライオスタットは不導体８によって取り囲まれ、該不導体の上にシールド９が設けられている。クライオスタットＫＲは、好ましくは、図１のクライオスタットＫＲと同様に構成されている。

本発明による装置内で作動させるための相導体１，２，３を準備するため、そのシールドは少なくとも所定の２か所で完全に切り離される。これを１つの相導体に対し図４に例示した。相導体のシールドが切り離される個所の数量は、その長さに依存している。シールドを切断することにより、それぞれの相導体に対し好ましくは同じ長さの３つの部分を、または、３の整数倍の部分を生じさせるのが好ましい。

図４に図示した相導体のシールドは、切断個所１０と１１での切断により３つの部分Ａ１，Ａ２，Ａ３に分割され、これらの部分はそれぞれ部分シールドによって取り囲まれている。相導体の導体とこれを取り囲んでいる不導体とは維持することができる。この前処理は３つのすべての相導体１，２，３に対し行われる。装置を作動させるため、切断した相導体のシールドを、図５に図示したように周期交差を持たせて互いに直列に結合させる。

すでに述べたように、３つの相導体１，２，３のそれぞれは３つの部分Ａ１，Ａ２，Ａ３を有し、これらの部分は対応する部分シールドＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって取り囲まれている。これらの部分シールドは、図５によれば、斜線の後に記載した数字によってそれぞれの相導体に割り当てられている。図５においてＬ１，Ｌ２，Ｌ３はその超伝導性導体である。従って、部分シールドＳ１／１は相導体１の第１の部分の部分シールドであり、部分シールドＳ２／３は相導体３の第２の部分に属している。これらの参照符号を考慮して、相導体１，２，３のシールド部分を以下のように接続する。

相導体１の部分シールドＳ１／１を相導体２の部分シールドＳ２／２と導電接続し、さらに相導体３の部分シールドＳ３／３と導電接続させる。これに対応して、第２の相導体２の部分シールドＳ１／２をまず相導体３の部分シールドＳ２／３と接続し、次に相導体１の部分シールドＳ３／１と接続させる。同様に、相導体３の部分シールドＳ１／３をまず相導体１の部分シールドＳ２／１と接続し、次に相導体２の部分シールドＳ３／２と接続させる。これによって、１つの相導体の１つの部分の各部分シールドは、他の２つの相導体の他の部分のそれぞれ１つの部分シールドと結合される。これに対応する接続態様は、図５において「周期交差」と呼ばれるものに対応して交差する線として記入されている。

すでに述べたように、相導体１，２，３は、「低温不導体」の実施形態の場合、ともに１つのクライオスタットＫＲ内に収容されている。しかし高温不導体を備えた相導体の場合と同様に３つの別々のクライオスタットに収納してもよい。３つのクライオスタットを備えた実施形態の場合には、上記実施形態に対応して部分シールドを導電接続できるようにするには、クライオスタットもシールドの切断個所で切断しなければならない。この場合に生じる、クライオスタットの部分は、たとえばＧＦＫパイプを用いて再び互いに非導電性接続しなければならない。

３つの相導体１，２，３を１つのクライオスタットＫＲのみに収納すると、部分シールドの周期交差はカップリングスリーブ内で実施されるので有利である。

１，２，３ 相導体
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 相導体の部分
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 部分シールド

Claims (3)

1. ３つの超伝導性相導体を備えた装置であって、前記超伝導性相導体が、熱絶縁部を有する少なくとも１つの管から成って冷媒を案内する少なくとも１つのクライオスタット内に配置され、且つ超伝導性導体と不導体と該不導体を取り囲んでいる導電性シールドとから構成されている前記装置において、
   前記３つの相導体のそれぞれの前記シールドが、該シールドの長手方向に互いに直列に位置する３つまたは３の整数倍の部分であって、第１の部分と第２の部分と第３の部分とから成る部分シールドを備えた前記部分を形成するため、２つの個所で、または、互いに間隔をもって設定されるそれぞれ２つの個所で、完全に分断されていること、と
   各相導体の第１の部分の前記部分シールドが、直列接続方向において、他の２つの相導体の第２の部分およびさらには第３の部分の部分シールドと導電接続されていること、
   とを特徴とする装置。
2. 前記相導体が、低温不導体を備えるように実施する場合、１つの共通のクライオスタット内に収納されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 各相導体が固有のクライオスタット内に収納されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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