JP7060412B2 - 永久電流スイッチ及び超電導マグネット装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久電流スイッチ及び超電導マグネット装置に関する。

現在、液体ヘリウム温度（約４Ｋ）に冷却されて使用される低温超電導線材を用いたＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）分析装置やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）分析装置等が実用化されている。
一方、近年、臨界温度が液体窒素温度（約７７Ｋ）よりも高い高温超電導線材（例えばＲＥ系超電導線材）が注目されており、高温超電導線材（以下、単に超電導線材という。）を用いたＮＭＲ分析装置やＭＲＩ分析装置等の実用化に向けて開発が進められている。

ＮＭＲ分析装置等の超電導マグネット装置１００は、例えば図９に示すように、超電導コイル１０１と永久電流スイッチ１０２とが励磁電源１０３に並列に接続されて構成されている。そして、超電導コイル１０１に電流を流す際には、最初に、永久電流スイッチ１０２が開状態で（すなわち永久電流スイッチ１０２を切った状態で）、冷却して超電導状態にした超電導コイル１０１に励磁電源１０３から電流を流す。
そして、超電導コイル１０１に流す電流を徐々に上げていき、電流が所定の値になった時点で、永久電流スイッチ１０２を閉状態にして（すなわち永久電流スイッチ１０２をつなぎ）、その後、励磁電源１０３の電流値を下げていき電源を切る。

このようにして超電導マグネット装置１００の超電導コイル１０１に電流を流す状態では、超電導コイル１０１と永久電流スイッチ１０２では超電導線材が超電導状態になっており、電気抵抗がほぼ０である。そのため、超電導コイル１０１と永久電流スイッチ１０２で形成されるループを電流（永久電流）が半永久的に流れる状態になり、超電導コイル１０１で安定した磁場が形成される。
また、超電導マグネット装置１００を停止する際には、励磁電源１０３の電流値を上げていき、永久電流スイッチ１０２を開状態にする。そして、その後、励磁電源１０３の電流値を下げていくことで超電導コイル１０１での電流の流れを止める。
このように、超電導マグネット装置１００の起動、停止は、通常、永久電流スイッチ１０２を開閉させて行われるように構成される。

そして、従来、永久電流スイッチ１０２は、例えば図１０に示すように、冷却部材１０４で冷却される超電導線材１０５に接するようにヒータ等の加熱部材１０６を配置して構成されていた。この場合、加熱部材１０６で超電導線材１０５を加熱せずに冷却部材１０４による冷却のみを行うと、超電導線材１０５が超電導状態になるため、永久電流スイッチ１０２は閉状態になる。また、加熱部材１０６で超電導線材１０５を加熱すると、超電導線材１０５は常電導状態に遷移するため、電気抵抗が高くなり、永久電流スイッチ１０２は開状態になる。
このように、加熱部材１０６による超電導線材１０５の加熱と加熱の停止とを切り換えることで永久電流スイッチ１０２の開閉を行うように構成されていた（例えば特許文献１、２等参照）。

特開平８－１５３６１９号公報 特開平８－２０３７２３号公報

しかしながら、永久電流スイッチ１０２を図１０に示したように構成すると、永久電流スイッチ１０２を開状態にするために加熱部材１０６で発生させた熱が冷却部材１０４に逃げてしまい、超電導線材１０５を効率良く加熱することができなくなる。
そのため、超電導線材１０５が超電導状態から常電導状態になるまでに時間がかかり、永久電流スイッチ１０２が開状態になるまでに時間がかかる。また、加熱部材１０６による加熱の時間が長くなるため、加熱に要する電力の消費量が増大してしまうといった問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、加熱部材で超電導線材を効率良く加熱して、閉状態から速やかに開状態にすることが可能な永久電流スイッチ及びそれを用いた超電導マグネット装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
テープ状の基材に中間層と超電導層がこの順で形成されてなる超電導線材に対する加熱部材による加熱の有無により前記超電導線材を常電導状態と超電導状態との間で遷移させて開閉状態を得る永久電流スイッチであって、
前記加熱部材と前記超電導線材を冷却する冷却部材との間に熱電変換素子が配設されており、
前記永久電流スイッチを開状態にする際には、前記加熱部材で前記超電導線材を加熱するとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を高温にし、前記冷却部材側を低温にするように動作することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の永久電流スイッチにおいて、前記熱電変換素子は、ペルチェ素子で形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチにおいて、前記加熱部材は、前記超電導線材と共巻きされて構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチにおいて、
支持部材の周囲に設けられた前記加熱部材に前記超電導線材が巻き付けられており、
前記熱電変換素子は、前記支持部材と前記冷却部材との間に配設されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチにおいて、
支持部材の周囲に巻き付けられた前記超電導線材の外側に前記加熱部材が配置されており、
前記熱電変換素子は、前記支持部材と前記冷却部材との間に配設されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の永久電流スイッチにおいて、前記永久電流スイッチを閉状態にする際には、前記加熱部材による前記超電導線材の加熱を停止するとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を低温にし、前記冷却部材側を高温にするように動作することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の永久電流スイッチにおいて、
前記加熱部材に電流を供給する電源と前記熱電変換素子に電流を供給する電源とが共通とされており、
前記加熱部材には、一方向にのみ電流が流れるように構成されており、
前記永久電流スイッチを開状態にする際には、電流を前記一方向に流すことで、前記加熱部材に電流が流れて前記加熱部材が前記超電導線材を加熱することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の永久電流スイッチにおいて、前記永久電流スイッチを閉状態にする際には、前記電源が前記一方向とは逆方向に電流を流すことで、前記加熱部材に電流が流れなくなって前記加熱部材による前記超電導線材の加熱が停止されるとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を低温にし、前記冷却部材側を高温にするように動作することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、超電導マグネット装置において、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチにより常電導状態と超電導状態との間で遷移させられる前記超電導線材で構成され、又は前記超電導線材と接続された超電導線材で構成される超電導コイルと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材で発生した熱が、冷却部材に逃げずに超電導線材に的確に伝わるようになるため、加熱部材で超電導線材を効率良く加熱することが可能となる。そのため、永久電流スイッチの部分の超電導線材を速やかに超電導状態から常電導状態に遷移させることが可能となり、永久電流スイッチを閉状態から速やかに開状態にすることが可能となる。

本実施形態に係る超電導マグネット装置の構成を表す回路図である。 超電導線材の構成例を表す図である。 本実施形態に係る永久電流スイッチの基本的な構成を表す図である。 （Ａ）永久電流スイッチの構成例１を表す図であり、（Ｂ）（Ａ）のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。 永久電流スイッチの構成例２を表す図である。 永久電流スイッチの構成例３を表す図である。 電源に加熱部材と熱電変換素子とを並列に接続した回路構成を表す回路図である。 図７の回路構成においてダイオードを加熱部材に直列に接続した回路構成を表す回路図である。 従来の超電導マグネット装置の構成を表す回路図である。 従来の永久電流スイッチの構成を表す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る永久電流スイッチ及び超電導マグネット装置について説明する。ただし、以下に述べる各実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の各実施形態や図示例に限定するものではない。

［超電導マグネット装置］
図１は、本実施形態に係る超電導マグネット装置１０の構成を表す回路図である。
本実施形態では、超電導マグネット装置１０は、図９に示した従来の超電導マグネット装置１００と同様に、超電導コイル１１と永久電流スイッチ１とが励磁電源１２に並列に接続されて構成されている。
この場合、少なくとも超電導コイル１１と永久電流スイッチ１とを結ぶループの部分の線材は超電導線材で構成される。

その際、超電導コイル１１を構成する超電導線材１３は、永久電流スイッチ１を構成する超電導線材２（すなわち後述するように永久電流スイッチ１により常電導状態と超電導状態との間で遷移させられる超電導線材２）で構成されていてもよく（すなわち永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２と超電導線材１３とが１本の超電導線材で形成されていてもよく）、また、超電導線材１３と超電導線材２とを接続して構成することも可能である。

そして、本実施形態の超電導マグネット装置１０は、図９に示した従来の超電導マグネット装置１００の場合と同様に、超電導コイル１１に電流を流す際には、最初に、永久電流スイッチ１が開状態で、冷却して超電導状態にした超電導コイル１１に励磁電源１２から電流を流し、超電導コイル１１に流す電流を徐々に上げていき、電流が所定の値になった時点で永久電流スイッチ１を閉状態にした後、励磁電源１２の電流値を下げていき電源を切るようにして超電導コイル１１に電流（永久電流）を流すことができる。
また、超電導コイル１１での電流の流れを停止する際には、励磁電源１２の電流値を上げていき、後述するように永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２に熱を加えて常電導状態に遷移させて、永久電流スイッチ１を開状態にした後、励磁電源１２の電流値を下げていくことで、超電導コイル１１での電流の流れを止めることができるようになっている。

［超電導線材］
ここで、超電導線材２について説明する。なお、超電導コイル１１を構成する超電導線材１３も同じように構成されている。
超電導線材２は、例えば図２に示すように、テープ状の基材２Ａの片方の主面（すなわち厚み方向における一方の面）上に中間層２Ｂ、超電導層２Ｃ、保護層２Ｄがこの順に形成された積層体と、その積層体の周囲を被覆する銅安定化層２Ｅを備えて構成されている。なお、図２における各層の相対的な厚さは、必ずしも実際の厚さを反映していない。

基材２Ａは、例えばハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル基合金やステンレス鋼等で形成されている。
中間層２Ｂは、超電導層２Ｃの下地となる層であり、例えばＬａＭｎＯ_３（ＬＭＯ）等で形成されている。
超電導層２Ｃは、例えば液体窒素温度以上で超電導を示すＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）、例えば化学式ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－ｙ（ｙは酸素不定比量）で表されるイットリウム系超電導体で形成されている。
保護層２Ｄは、超電導層２Ｃの表面を覆う金属層であり、例えば銀で形成されている。

［永久電流スイッチ］
次に、本実施形態に係る永久電流スイッチ１について説明する。
本実施形態では、永久電流スイッチ１では、超電導線材２に対する加熱部材による加熱の有無により超電導線材２を常電導状態と超電導状態との間で遷移させて開閉状態を得るようになっている。

［永久電流スイッチの基本的な構成］
以下、図３を用いて、本実施形態に係る永久電流スイッチ１の基本的な構成について説明する。
図３に示すように、本実施形態では、永久電流スイッチ１は、超電導線材２と、それを加熱する加熱部材３と、超電導線材２等を冷却する冷却部材４とを備えている。そして、加熱部材３と冷却部材４との間に熱電変換素子５が配設されており、熱電変換素子５が、加熱部材３と冷却部材４との間に介在するように構成されている。

加熱部材３は、通電により発熱するヒータ等で構成されており、超電導線材２と接するように配置されている。
冷却部材４は、熱電変換素子５を介して超電導線材２や加熱部材３を支持するとともに、接続されている図示しない冷凍機により液体窒素温度近くまで冷却されており、超電導線材２等から熱を奪うことで超電導線材２等を冷却するようになっている。

本実施形態では、熱電変換素子５は、ペルチェ素子で形成されている。ペルチェ素子は、２種類の金属の接合部に電流を流すと一方の金属から他方の金属に熱が移動するペルチェ効果を利用した素子であり、直流電流をある方向に流すと、一方の面側を低温にして外部から熱を吸収し、他方の面側を高温にして発熱する。また、電流を反転させると、各面の高温と低温が逆になり、吸熱と発熱が逆になるように構成されている。
そして、本実施形態では、永久電流スイッチ１を開状態にする際には、加熱部材３で超電導線材２を加熱するとともに、熱電変換素子５が、超電導線材２や加熱部材３側（図３等でＡで示される側）を高温にし、冷却部材４側（図３等でＢで示される側）を低温にするように動作するようになっている。

［永久電流スイッチの構成例］
ここで、本実施形態に係る永久電流スイッチ１の具体的な構成例をいくつか挙げて説明する。
例えば、超電導コイル１１（図１参照）が大型であるような場合には、超電導線材２の比較的長い区間（数十ｃｍ程度）を常電導状態にしないと永久電流を止めることが困難になる場合がある。そのため、以下では、超電導線材２を常電導状態に遷移させる区間を長くすることができるように構成された構成例を示す。

［構成例１］
例えば、図４（Ａ）に示すように、永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２をループ状に引き回し、加熱部材３を超電導線材２と共巻きするように構成する。そして、図４（Ｂ）に示すように、共巻きされた超電導線材２及び加熱部材３と冷却部材４との間に熱電変換素子５を配設するように構成することが可能である。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）や後述する図５、図６では、超電導コイル１１等の図示が省略されている。
このように構成すると、引き回す超電導線材２の長さを長くし、それと共巻きする加熱部材３の長さを長くすることで、後述するように加熱部材３で超電導線材２を加熱して超電導線材２を常電導状態に遷移させる区間を長くすることができる。

［構成例２］
また、図５に示すように、例えば円柱形の支持部材６の周囲に設けられた加熱部材３に超電導線材２を巻き付けるように構成する。そして、熱電変換素子５を、支持部材６と冷却部材４との間に配設するように構成することが可能である。

［構成例３］
また、図６に示すように、例えば円柱形の支持部材６の周囲に巻き付けられた超電導線材２の外側に加熱部材３を配置するように構成する。そして、熱電変換素子５を、支持部材６と冷却部材４との間に配設するように構成することが可能である。

そして、構成例２や構成３のように構成すると、支持部材６に巻き付ける超電導線材２の長さを長くし、加熱部材３と接する部分の長さを長くすることで、後述するように加熱部材３で超電導線材２を加熱して超電導線材２を常電導状態に遷移させる区間を長くすることができる。
そのため、超電導コイル１１が大型であるような場合であっても、常電導状態に遷移させる超電導線材２の区間を長くすることが可能となり、的確に永久電流を止めることが可能となる。

［作用］
次に、本実施形態に係る永久電流スイッチ１や超電導マグネット装置１０の作用について説明する。
超電導マグネット装置１０（図１参照）の超電導コイル１１に永久電流が流れている状態（この状態では永久電流スイッチ１は閉状態になっており励磁電源１２は切られている。）で、永久電流スイッチ１を開状態にする場合、加熱部材３に電流を流す等して加熱部材３が発熱して超電導線材２を加熱すると、加熱部材３で加熱された超電導線材２の部分が超電導状態から常電導状態に遷移して非常に抵抗が高い状態になる。そのため、超電導コイル１１に流れていた電流が流れなくなり、超電導マグネット装置１０が停止する。

そして、その際、前述したように従来の永久電流スイッチ１０２（図１０参照）では、加熱部材１０６で発生させた熱がより低温の冷却部材１０４側に逃げてしまうため、超電導線材１０５を効率良く加熱することができない等の問題が生じた。
それに対し、本実施形態に係る永久電流スイッチ１では、永久電流スイッチ１を開状態にするために上記のように加熱部材３を発熱させて超電導線材２を加熱する際に、加熱部材３と冷却部材４との間に介在する熱電変換素子５の加熱部材３や超電導線材２側（図３等のＡ参照）を高温にし、冷却部材４側を低温にするように動作する。

そのため、本実施形態では、高温の加熱部材１０６に熱電変換素子５の高温側が対向しているため、加熱部材３の熱は、熱電変換素子５側（すなわち冷却部材４側）には逃げずに超電導線材２に伝わるようになり、超電導線材２が加熱部材３の熱で効率良く加熱される。
また、本実施形態では、熱電変換素子５はこのように加熱部材３から冷却部材４に熱が伝導しないようにするためのものであるが、例えば図４（Ａ）、（Ｂ）に示したように熱電変換素子５と超電導線材２とが接するように構成した場合は、熱電変換素子５の高温側からの熱が超電導線材２に伝わるため、熱電変換素子５自体が超電導線材２の加熱に関与する場合もある。

このように、本実施形態では、永久電流スイッチ１を開状態にする際に、超電導線材２が加熱部材３（及び熱電変換素子５）の熱で効率良く加熱されるため、永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２を速やかに超電導状態から常電導状態に遷移させることが可能となる。そのため、永久電流スイッチ１を閉状態から速やかに開状態にすることが可能となる。
また、加熱部材３で超電導線材２を加熱する時間が短くなるため、超電導線材２の加熱に要する電力がより少ない電力で済み、電力の消費量を低く抑えることが可能となる。

また、熱電変換素子５は、上記のように加熱部材３等の側を高温にすると同時に、冷却部材４側（図３等のＢ参照）を低温にする。
そのため、上記のように加熱部材３が超電導線材２を加熱している間、加熱部材３の熱が熱電変換素子５を介して冷却部材４側に流れ出ることはなく、むしろ冷却部材４は熱電変換素子５によって冷却される。あるいは、少なくとも熱電変換素子５と接している冷却部材４の部分で温度上昇が生じることはない。

従来の永久電流スイッチ１０２（図１０参照）では、上記のように加熱部材１０６で発生させた熱が冷却部材１０４側に逃げてしまうため、永久電流スイッチ１０２の部分の冷却部材１０４の温度が上昇してしまい、それを冷却するために冷凍機で無駄な電力が消費されていた。
しかし、本実施形態に係る永久電流スイッチ１では、上記のように、加熱部材３が超電導線材２を加熱している間も、冷却部材４の温度が上昇することがない。そのため、冷凍機は、上記の従来の場合のように温度が上昇した冷却部材４の温度を下げるための余分な仕事をする必要がない。そのため、本実施形態の永久電流スイッチ１は、この点でも、永久電流スイッチ１を開状態にするために要する電力の消費量をより低く抑えることが可能となり効率良くスイッチの開動作を行うことが可能となる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る永久電流スイッチ１によれば、加熱部材３等と冷却部材４との間に熱電変換素子５が配設し、永久電流スイッチ１を開状態にする際には、加熱部材３で超電導線材２を加熱するとともに、熱電変換素子５が、加熱部材３等の側を高温にし、冷却部材４側を低温にするように動作する。
そのため、加熱部材３で発生した熱が、冷却部材４に逃げずに超電導線材２に的確に伝わるようになるため、加熱部材３で超電導線材２を効率良く加熱することが可能となる。そのため、永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２を速やかに超電導状態から常電導状態に遷移させることが可能となり、永久電流スイッチ１を閉状態から速やかに開状態にすることが可能となる。

なお、上記の実施形態において「加熱部材３で超電導線材２を加熱する」という場合、超電導線材２を超電導状態から常電導状態に遷移させるための加熱であるため、超電導線材２を超電導状態から常電導状態に遷移する温度（例えばイットリウム系超電導体では約９０Ｋ）以上の温度（例えば１００Ｋ等）になるように加熱すればよく、例えば、超電導線材２を０℃（約２７３Ｋ）や室温にまで加熱したりさらに高温になるように加熱することを意味するものではない。
また、例えば「熱電変換素子５の加熱部材３側）を高温にする」という場合も同様であり、上記のように、熱電変換素子５は、加熱部材３から冷却部材４に熱が伝導しないようにするためのものであるため、熱電変換素子５の「高温」側の温度は、加熱部材３を発熱させた際の温度と同程度の温度であればよく、上記と同様に、例えば、熱電変換素子５の高温側の温度を０℃や室温にしたりさらに高温にすることを意味するものではない。

また、上記の実施形態では、超電導コイル１１が大型である場合を想定して、永久電流スイッチ１の部分の超電導線材２を常電導状態に遷移させる区間を長くすることを可能にするための構成例１～３を示した。
しかし、上記の区間を長くする必要がない場合には、上記の区間が適宜の長さになるように構成されることは言うまでもなく、そのように構成された場合にも、本発明を適用することができる。

［永久電流スイッチを閉状態にする際の構成について］
一方、上記の場合とは逆に、超電導コイル１１に永久電流を流す際のように、永久電流スイッチ１を閉状態にする際には、加熱部材３による超電導線材２の加熱が停止されるが、それとともに、熱電変換素子５が、加熱部材３等の側を低温とし、冷却部材４側Ｂを高温とするように動作するように構成することが可能である。
加熱部材３による超電導線材２の加熱を停止しただけでは、超電導線材２の温度低下が緩慢になり、超電導線材２がなかなか超電導状態に遷移せず、永久電流スイッチ１が閉状態になるまでに時間がかかる場合があり得る。

しかし、上記のように構成すれば、熱電変換素子５の超電導線材２側が低温になるため、熱電変換素子５が能動的に超電導線材２から熱を奪い、その熱を冷却部材４に逃がすように機能する。そのため、熱電変換素子５のこの作用により、冷却部材４による超電導線材２の冷却が促進される。
そのため、超電導線材２の温度を急速に低下させることが可能となり、超電導線材２が速やかに超電導状態に遷移するようになるため、永久電流スイッチ１が閉状態になるまでに時間を短縮することが可能となる。
なお、本実施形態のように熱電変換素子５をペルチェ素子で構成すると、ペルチェ素子は金属と比較すると熱伝導率が低い。しかし、上記のように熱電変換素子５が超電導線材２から奪った熱を冷却部材４に逃がすように機能するため、熱電変換素子５を設けたために超電導線材２から冷却部材４への熱の流れが阻害されることはない。

［熱電変換素子を動作させるための構成について］
ところで、永久電流スイッチ１の開閉時に、加熱部材３への電流の供給と熱電変換素子５への電流の供給をそれぞれ別回路で別々の電源から行うように構成することも可能であるが、１つの電気回路で共通の電源から加熱部材３と熱電変換素子５に電流をそれぞれ供給するように構成することも可能である。
具体的には、例えば図７に示すように、電源２０に加熱部材３と熱電変換素子５とを並列に接続すれば、共通の電源２０から加熱部材３と熱電変換素子５に電流をそれぞれ供給することが可能となる。

一方、前述したように、本実施形態では、永久電流スイッチ１を開状態にする際には加熱部材３に通電して発熱させるとともに、熱電変換素子５の加熱部材３等の側を高温にし、冷却部材４側を低温にする。また、上記のように、永久電流スイッチ１を閉状態にする際には加熱部材３への通電を停止して発熱を停止するとともに、熱電変換素子５では上記とは反対に熱電変換素子５の加熱部材３等の側を低温にし、冷却部材４側を高温にする。
そして、これらの動作は、図８に示すように、図７の回路構成で加熱部材３にダイオード２１を直列に接続して、加熱部材３には一方向にのみ電流が流れるように構成することで容易に実現することができる。

すなわち、永久電流スイッチ１を開状態にする際には、電源２０から一方向（図中右向き）に電流を流すことで、電流がダイオード２１を流れるため、加熱部材３に電流が流れ、加熱部材３が発熱して超電導線材２を加熱する。
また、熱電変換素子５に図中左向きに電流が流れるため、熱電変換素子５の加熱部材３等の側Ａ（図３等におけるＡに対応する。）を高温にし、冷却部材４側Ｂ（図３等におけるＢに対応する。）を低温にすることができる。

そして、永久電流スイッチ１を閉状態にする際には、電源２０から上記の一方向とは逆方向（図中左向き）に電流を流すことで、電流がダイオード２１を流れないため、加熱部材３には電流がながれなくなって加熱部材３による超電導線材２の加熱が停止される。
また、それとともに、熱電変換素子５に図中右向きに電流が流れるため、上記とは反対に、熱電変換素子５の加熱部材３等の側Ａを低温にし、冷却部材４側Ｂを高温にするように動作させることができる。

このように、図８に示した回路構成を採用すれば、永久電流スイッチ１を開状態にする際の各部材の動作と、永久電流スイッチ１を閉状態にする際の各部材の動作を１つの回路構成で容易に実現することが可能となる。
そして、１つの回路構成で、永久電流スイッチ１を開状態にしたり閉状態にしたりする際に、各部材の動作を適切に同期させて行わせることが可能となる。

なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。

１ 永久電流スイッチ
２ 超電導線材
２Ａ 基材
２Ｂ 中間層
２Ｃ 超電導層
３ 加熱部材
４ 冷却部材
５ 熱電変換素子
６ 支持部材
１０ 超電導マグネット装置
１１ 超電導コイル
１３ 超電導線材
２０ 電源

Claims (9)

1. テープ状の基材に中間層と超電導層がこの順で形成されてなる超電導線材に対する加熱部材による加熱の有無により前記超電導線材を常電導状態と超電導状態との間で遷移させて開閉状態を得る永久電流スイッチであって、
   前記加熱部材と前記超電導線材を冷却する冷却部材との間に熱電変換素子が配設されており、
   前記永久電流スイッチを開状態にする際には、前記加熱部材で前記超電導線材を加熱するとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を高温にし、前記冷却部材側を低温にするように動作することを特徴とする永久電流スイッチ。
2. 前記熱電変換素子は、ペルチェ素子で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久電流スイッチ。
3. 前記加熱部材は、前記超電導線材と共巻きされて構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチ。
4. 支持部材の周囲に設けられた前記加熱部材に前記超電導線材が巻き付けられており、
   前記熱電変換素子は、前記支持部材と前記冷却部材との間に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチ。
5. 支持部材の周囲に巻き付けられた前記超電導線材の外側に前記加熱部材が配置されており、
   前記熱電変換素子は、前記支持部材と前記冷却部材との間に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の永久電流スイッチ。
6. 前記永久電流スイッチを閉状態にする際には、前記加熱部材による前記超電導線材の加熱を停止するとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を低温にし、前記冷却部材側を高温にするように動作することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の永久電流スイッチ。
7. 前記加熱部材に電流を供給する電源と前記熱電変換素子に電流を供給する電源とが共通とされており、
   前記加熱部材には、一方向にのみ電流が流れるように構成されており、
   前記永久電流スイッチを開状態にする際には、電流を前記一方向に流すことで、前記加熱部材に電流が流れて前記加熱部材が前記超電導線材を加熱することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の永久電流スイッチ。
8. 前記永久電流スイッチを閉状態にする際には、前記電源が前記一方向とは逆方向に電流を流すことで、前記加熱部材に電流が流れなくなって前記加熱部材による前記超電導線材の加熱が停止されるとともに、前記熱電変換素子が、前記加熱部材側を低温にし、前記冷却部材側を高温にするように動作することを特徴とする請求項７に記載の永久電流スイッチ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の永久電流スイッチと、
   前記永久電流スイッチにより常電導状態と超電導状態との間で遷移させられる前記超電導線材で構成され、又は前記超電導線材と接続された超電導線材で構成される超電導コイルと、
   を備えることを特徴とする超電導マグネット装置。

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