JPH1097918A

JPH1097918A - 超電導装置

Info

Publication number: JPH1097918A
Application number: JP8248012A
Authority: JP
Inventors: Kazutake Senoo; 和威妹尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、熱拡散特性を高め、クエンチの発
生を防止し、信頼性を向上させることを目的とするもの
である。【解決手段】超電導巻線１４を容器１３内で水又は水
溶液に浸漬し、その水又は水溶液を凍結させることによ
り、超電導巻線１４を氷１５に含浸させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば核融合装
置に利用される超電導磁石装置等の超電導装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図３０は従来の超電導装置の一例を示す
構成図、図３１は図３０のＡ部拡大断面図である。従来
の超電導巻線１には、エポキシ等の有機材料２が含浸さ
れており、この有機材料２が超電導線３の間に入り込ん
でいる。また、有機材料２は、液体ヘリウム等の冷媒４
により極低温に冷却されているため、熱伝導率が非常に
小さい。このため、超電導線３の表面における有機材料
２の剥離や、有機材料２と超電導線３との界面での摩擦
などの原因で発生する熱の殆どは超電導線３に流れ込
み、超電導線３の温度が局所的に上昇し、超電導コイル
１全体がクエンチ（超電導状態の破壊が急激に広がる現
象）する可能性がある。

【０００３】なお、この種の超電導装置については、例
えば、Ｗｉｌｓｏｎ著「Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎ
ｇＭａｇｎｅｔｓ」（ＣｌａｒｅｎｄｏｎＰｒｅｓ
ｓ，Ｏｘｆｏｒｄ）の第６８〜７５頁、及び「Ｃｒｙｏ
ｇｅｎｉｃｓ，１９９１，Ｖｏｌ３１」第４９９〜５０
３頁などに示されている。に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
電導装置においては、超電導巻線１に含浸されている有
機材料２の熱拡散特性が悪いために、擾乱による局所発
熱の大半が超電導線に伝わり、クエンチを生じ易いとい
う問題点があった。また、超電導線３の一部に常電導領
域が発生したとき、ジュール発熱が速やかに冷却されな
いため、超電導状態に回復しにくいという問題点もあっ
た。特に、高電気抵抗母材の超電導線を用いて製作され
る交流超電導磁石や永久電流スイッチについては、クエ
ンチが起き易い。

【０００５】さらに、ケーブルインコンジット形の超電
導導体においては、冷媒による冷却効率を高めるため、
有機材料の含浸が行われておらず、超電導素線が固定さ
れていないために、素線の動きによる摩擦発熱等による
損失が避けられないという問題点があった。さらにま
た、超電導磁石の中でも、冷媒を用いない、いわゆる伝
導冷却型の超電導磁石は、多くの熱接続部分を有してい
るため、従来用いられている接着剤やグリス以上の熱伝
導の良い材料が求められていた。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、熱拡散特性を
高め、クエンチの発生を防止し、信頼性を向上させるこ
とができる超電導装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る超
電導装置は、容器と、この容器内に収容されている超電
導巻線と、容器内に設けられ、超電導巻線が浸漬された
水又は水溶液を凍結させてなる氷と、容器に設けられ、
水又は水溶液が氷に相転移する際の体積膨張分が容器の
外部へ逃げるのを阻止する封止手段とを備えたものであ
る。

【０００８】請求項２の発明に係る超電導装置は、容器
のコーナー部が曲面で構成されているものである。

【０００９】請求項３の発明に係る超電導装置は、封止
手段として、逆止蓋及び逆止弁の少なくともいずれか一
方を用いたものである。

【００１０】請求項４の発明に係る超電導装置は、容器
と、この容器内に収容されている超電導巻線と、容器に
接続され、超電導巻線を冷却して超電導状態にする伝導
冷却型の冷凍機と、容器内に設けられ、超電導巻線が浸
漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えたも
のである。

【００１１】請求項５の発明に係る超電導装置は、コン
ジットと、このコンジット内に収容されている超電導撚
線と、コンジット内に設けられ、超電導撚線が浸漬され
た水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えたものであ
る。

【００１２】請求項６の発明に係る超電導装置は、コン
ジット内に冷媒流路が設けられているものである。

【００１３】請求項７の発明に係る超電導装置は、冷媒
流路に冷媒を導入するための冷媒入口がコンジットの両
端部に配置されているとともに、冷媒流路から冷媒を導
出するための冷媒出口がコンジットの中間部に配置され
ているものである。

【００１４】請求項８の発明に係る超電導装置は、超電
導巻線と、この超電導巻線の近傍に設けられているヒー
タと、超電導巻線が浸漬された水又は水溶液を凍結させ
てなる氷と、この氷の外周に設けられている断熱層とを
備えたものである。

【００１５】請求項９の発明に係る超電導装置は、超電
導巻線と、この超電導巻線が浸漬されかつ界面活性剤が
添加された水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えた
ものである。

【００１６】請求項１０の発明に係る超電導装置は、表
面に界面活性剤が塗布されている超電導巻線と、この超
電導巻線が浸漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷
とを備えたものである。

【００１７】請求項１１の発明に係る超電導装置は、超
電導巻線と、この超電導巻線が浸漬されかつ熱膨張率を
小さくする物質が添加されている水又は水溶液を凍結さ
せてなる氷とを備えたものである。

【００１８】請求項１２の発明に係る超電導装置は、水
が浸透する浸透部材が超電導線の表面に付着されている
超電導巻線と、この超電導巻線が浸漬された水又は水溶
液を凍結させてなる氷とを備えたものである。

【００１９】請求項１３の発明に係る超電導装置は、超
電導線間にスペーサが設けられている超電導巻線と、こ
の超電導巻線が浸漬された水又は水溶液を凍結させてな
る氷とを備え、スペーサが、超電導線との間に水又は水
溶液が入り込むのを許容するようになっているものであ
る。

【００２０】請求項１４の発明に係る超電導装置は、容
器と、この容器内に収容されている超電導巻線と、容器
内に設けられ、超電導巻線が浸漬された水又は水溶液を
凍結させてなる氷と、容器内を加熱するヒータとを備え
たものである。

【００２１】請求項１５の発明に係る超電導装置は、超
電導巻線と、この超電導巻線の周囲を覆う輻射シールド
と、超電導巻線から輻射シールドの外部へ引き出されて
いるパワーリードと、このパワーリードと輻射シールド
との接続部に設けられ、水又は水溶液を凍結させてなる
氷とを備えたものである。

【００２２】請求項１６の発明に係る超電導装置は、超
電導巻線と、この超電導巻線の周囲を覆う輻射シールド
と、超電導巻線に接触し、超電導巻線を冷却して超電導
状態にする伝導冷却型の冷凍機と、超電導巻線及び輻射
シールドの少なくともいずれか一方と冷凍機との接続部
に設けられ、水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備え
たものである。

【００２３】請求項１７の発明に係る超電導装置は、熱
接触を必要とする箇所に介在されている熱接触用氷容器
と、この熱接触用氷容器内に充填された水又は水溶液を
凍結させてなる氷とを備えたものである。

【００２４】請求項１８の発明に係る超電導装置は、超
電導線相互が直接接触するのを阻止する層間スペーサ及
びターン間スペーサの少なくともいずれか一方を有する
超電導巻線と、この超電導巻線が浸漬された水又は水溶
液を凍結させてなる氷とを備えたものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による超
電導磁石装置を示す構成図である。図において、１１は
液体ヘリウム等の冷媒１２が入れられた冷媒槽、１３は
冷媒槽１１内に設けられている例えば金属からなる容
器、１４は容器１３内に収容された超電導巻線、１５は
容器１３内に設けられ、超電導巻線１４が浸漬された水
又は水溶液を凍結させてなる氷であり、この氷１５は、
超電導巻線１４を構成する超電導線間にも入り込んでい
る。１６は容器１３に設けられ、水又は水溶液が氷１５
に相転移する際の体積膨張分が容器１３の外部へ逃げる
のを阻止する封止手段としてのバルブである。

【００２６】このような超電導磁石装置では、従来の有
機材料に代えて、含浸材として氷１５を利用している
が、氷１５は熱拡散性に優れているため、局所的な発熱
が起こったときに超電導線が良く冷却され、超電導巻線
１４の安定性が向上し、クエンチの発生が防止される。
また、水は一般の樹脂材料のようなポットライフがな
く、粘性も低いため、含浸が容易である。

【００２７】さらに、超電導巻線１４が容器１３内に配
置されているため、温度変化に伴う氷１５の体積変化に
よる応力が真空容器である冷媒槽１１に発生するのが防
止される。さらに、封止手段のない開放容器を用いた場
合でも、氷１５の高い熱拡散特性により超電導巻線１４
のクエンチは防止されるが、バルブ１６を設けることに
より、膨張時の圧力で氷１５が超電導巻線１４の隙間に
入り易くなり、安定性が一層向上する。また、水又は水
溶液が氷１５に相転移したときの膨張力（膨張割合９
％）により、超電導巻線１４が機械的に強固に固定され
るため、クラック等が発生しにくくなり安定性が向上す
る。

【００２８】ここで、上記した氷１５の熱拡散性に関す
る実験の結果について説明する。まず、第１の実験にお
いては、パルス的な局所発熱後の種々の含浸材料への熱
拡散の様子を評価した。図２にサンプルを示す。ヒータ
１７を備えた直径５ｍｍの銅球１８に温度計１９を取り
付け、銅球１８の周囲の含浸材料を、エポキシ樹脂等の
有機材料２にした場合と氷１５にした場合とで、銅球１
８の温度変化の様子、言い換えれば熱拡散特性を比較し
たものである。

【００２９】この結果、図３に示すように、ヒータ１７
で２倍以上の熱量を印加したにも拘わらず、周囲を氷１
５で包んだ場合の方が、温度上昇が小さく、かつ加熱終
了後の冷却も早い。このことから、氷１５の熱拡散定数
は大きく、氷１５で超電導巻線１４を含浸することによ
り、有機樹脂含浸の問題の一つである、超電導線の冷却
が悪いという問題が解決される。

【００３０】次の実験では、実際に超電導線をクエンチ
させるために必要な最小のエネルギ（ＭＱＥ）を実測
し、安定性を評価した。図４に示すように、サンプルと
して、長さ約１６０ｍｍ、断面寸法１．１ｍｍ×２．２
ｍｍ、銅比０．９のＮｂＴｉ超電導線２０を用い、この
超電導線２０にヒータ２１を取り付け、周囲を有機材料
２及び氷１５のそれぞれで含浸した。また、通電電流５
００Ａ、印加磁界５Ｔの条件で、ヒータ２１に通電する
電流のパルス幅をパラメータとして、熱パルス発生後に
クエンチするか否かを電圧タップ２２で観測することに
よりＭＱＥをもとめた。

【００３１】この結果、図５に示すように、氷１５で周
囲を包んだ場合のＭＱＥが高いことが分かった。これ
は、発熱のいくらかが超電導線２０に伝わるまでに、熱
拡散特性の優れる氷１５の中に散逸するためである。な
お、パルス幅を大きくしたとき、ＭＱＥの増加が起こる
のは、パルス幅が大きいほど熱パルス印加開始からクエ
ンチ発生までに時間が経過するために、熱拡散が多く起
こるためである。

【００３２】また、氷含浸の方がＭＱＥの増加が顕著で
ある原因は、有機材料による含浸では超電導線２０の長
手方向にしか熱拡散しないのに対して、氷含浸では超電
導線２０の横方向にも十分な熱拡散が起こるためである
と考えられる。

【００３３】実施の形態２．次に、図６はこの発明の実
施の形態２による超電導磁石装置の要部を示す構成図で
ある。この例では、超電導巻線１４を収容し氷１５が封
止されている容器２３のコーナー部に曲面（丸み）が設
けられている。他の構成は、上記実施の形態１と同様で
ある。

【００３４】このように、容器２３のコーナー部を丸く
することにより、氷１５が凍結する際に生じる応力がコ
ーナー部に集中するのを防止することができ、容器２３
が壊れにくくなる。

【００３５】実施の形態３．なお、上記の例では封止手
段としてバルブ１６を設けたが、例えば図７のような逆
止蓋２４や逆止弁等を設けてもよく、冷却により氷１５
が溢れ出ないために超電導巻線１４の位置の変化が防止
される。また、冷却によりプリストレスが自動的に印加
できる。

【００３６】実施の形態４．次に、図８はこの発明の実
施の形態４による超電導磁石装置を示す構成図である。
図において、２５は冷媒槽１１を収容している真空槽、
２６は冷媒槽１１と真空槽２５との間に設けられている
輻射シールド、２７は容器１３に接している冷凍機であ
る。これにより、伝導冷却型の磁石を構成している。

【００３７】このような超電導磁石装置では、容器１３
が真空容器になっており、予冷時には容器１３の外の冷
媒槽１１に冷媒２８、例えば液体窒素が導入される。こ
れにより、容器１３内の水又は水溶液が氷１５に相転移
する。また、冷媒２８は氷１５が十分に冷却された後に
排出され、通常は、冷凍機２７により容器１３内が極低
温状態に保持される。従って、冷凍機２７を用いた伝導
冷却型の超電導磁石装置においても、実施の形態１と同
様の効果が得られる。

【００３８】実施の形態５．なお、上記の例では冷媒槽
１１に冷媒２８を導入することにより氷１５を作るよう
にしたが、例えば図９に示すように、容器１３の外周部
に冷媒流路２９を配置し、この冷媒流路２９に液体窒素
等の冷媒を流すようにしてもよい。また、冷媒流路２９
を容器３内に配置してもよい。

【００３９】実施の形態６．次に、図１０はこの発明の
実施の形態６による超電導ケーブルインコンジット導体
の断面図である。図において、３１はコンジット、３２
はコンジット３１内に収容されている超電導撚線、３３
は超電導撚線３２を構成する超電導素線、３４はコンジ
ット３１内に設けられ、超電導撚線３２が浸漬された水
又は水溶液を凍結させてなる氷である。

【００４０】このような超電導装置、即ち超電導ケーブ
ルインコンジット導体では、超電導撚線３２が氷３４で
含浸されているため、超電導素線３３が効率良く冷却さ
れるとともに、電磁力による超電導素線３３の動きが抑
制される。また、核融合装置等においては、氷含浸は中
性子線に対する遮蔽にもなり、超電導素線３３の中性子
照射による劣化が防止される。

【００４１】実施の形態７．次に、図１１はこの発明の
実施の形態７による超電導ケーブルインコンジット導体
の断面図である。この例では、コンジット３１内に長手
方向に沿って冷媒流路３５が設けられている。この冷媒
流路３５内に冷媒を流すことにより、超電導撚線３２の
強制冷却が可能である。また、冷媒流路３５内は空洞に
なっており、水又は水溶液が氷３４に相転移するときの
膨張を、冷媒流路３５の変形により吸収することがで
き、応力を緩和することができる。

【００４２】実施の形態８．なお、上記実施の形態７で
は、コンジット３１内のほぼ中央部に冷媒流路３５を設
けたが、例えば図１２に示すように、片側へ寄せて配置
してもよい。この場合、コンジット導体を超電導巻線と
したとき、励磁により超電導磁石に生じる電磁応力が超
電導撚線３２に直接伝わらないようにすることができ
る。

【００４３】実施の形態９．次に、図１３はこの発明の
実施の形態９による超電導磁石装置の構成を説明するた
めの説明図である。この例では、冷媒流路３５に冷媒を
導入するための冷媒入口３５ａ，３５ｂがコンジット３
１の両端部に配置されているとともに、冷媒流路３５か
ら冷媒を導出するための冷媒出口３５ｃがコンジット３
１の中間部に配置されている。そして、このような超電
導ケーブルインコンジット導体により超電導巻線が構成
されている。

【００４４】このような超電導巻線を有する超電導磁石
装置では、超電導ケーブルインコンジット導体の両端部
から、図の矢印方向へ冷媒を導入し、水又は水溶液を凍
結させて氷３４にすることにより、コンジット３１内の
超電導素線３３の変形が抑えられるため、超電導特性の
劣化が抑制できる。

【００４５】実施の形態１０．次に、図１４はこの発明
の実施の形態１０による永久電流スイッチを示す構成図
である。図において、３７は超電導巻線、３８は超電導
巻線３７の外周部に設けられているヒータ、３９は超電
導巻線３７をヒータ３８とともに浸漬した水又は水溶液
を凍結させてなる氷、４０は氷３９の外周部を覆う断熱
層であり、この断熱層４０は、熱伝導率の低い物質、例
えばガラス繊維強化エポキシなどにより構成されてい
る。なお、断熱層４０は、真空層であってもよい。

【００４６】このような永久電流スイッチでは、氷１５
の熱伝導率が高いため、ヒータ３８により超電導状態を
高速でＯＮ／ＯＦＦすることができ、かつ安定性を向上
させることができる。

【００４７】実施の形態１１．次に、この発明の実施の
形態１１について説明する。この例では、上記各実施の
形態における氷１５，３４，３９に界面活性剤が添加さ
れているものである。このような界面活性剤としては、
例えばエアロゾルＯＴ、アルコール、洗剤等が使用さ
れ、凍結前に水又は水溶液に混合される。

【００４８】上記のように、水又は水溶液に界面活性剤
を添加することにより、水の濡れ性が改善され、超電導
巻線内の微小な隙間にまで水又は水溶液が入り易くな
り、氷含浸が容易になる。なお、界面活性剤は、超電導
巻線に塗布してもよく、同様に氷含浸が容易になる。

【００４９】実施の形態１２．次に、図１５はこの発明
の実施の形態１２による超電導巻線の断面を模式的に示
す図である。図において、４１は超電導巻線を構成する
超電導線、４２は超電導巻線が浸漬されかつ熱膨張率を
小さくする水溶性物質４３が添加されている水又は水溶
液を凍結させてなる氷である。

【００５０】このように、水溶性物質４３を利用して氷
４２を凍結させる際の体積膨張を抑えることにより、熱
応力による容器及び超電導巻線の破壊を防止できる。

【００５１】実施の形態１３．なお、上記の例では熱膨
張率を小さくする物質として水溶性物質４３を示した
が、例えば図１６に示すように、不溶性のフィラー４４
を使用してもよく、熱膨張をコントロールして応力によ
る容器及び超電導巻線の破壊を防止できる。

【００５２】実施の形態１４．図１７はこの発明の実施
の形態１４による超電導線を示す斜視図である。この例
では、水が浸透し易い浸透部材としての繊維４５を超電
導線４１又は導体表面に付けて氷４２に含浸している。
繊維４５は、水が浸透し易く、水に対する濡れ性が良い
ため、容易に氷４２に含浸することができ、しかも超電
導線４１同士が直接接触しなくなるため、擾乱で発生し
た熱が氷４２の中へ逃げ易くなり超電導の安定性が向上
する。なお、一般の超電導線４１は、熱伝導率の小さい
有機絶縁被覆を有しているため、さらに熱が超電導線４
１内に入りにくい。

【００５３】実施の形態１５．なお、浸透部材は、繊維
４５に限定されるものではなく、例えば図１８に示すよ
うに、水に対する濡れ性の良いシート４６を用いてもよ
い。

【００５４】実施の形態１６．また、例えば図１９に示
すように、水に対する濡れ性の良いメッシュ材４７を浸
透部材として用いてもよい。

【００５５】実施の形態１７．次に、図２０はこの発明
の実施の形態１７による超電導磁石装置の要部を示す構
成図である。この例では、超電導巻線を構成する超電導
線４１間にスペーサ４８が介在されている。この層間の
スペーサ４８は、角が丸くなっており、超電導線４１と
スペーサ４８との間に水又は水溶液が入り込み易くなっ
ている。このため、超電導線４１とスペーサ４８の間で
生じた発熱を容易に氷４２の中に散逸させることがで
き、クエンチの発生を防止することができる。

【００５６】実施の形態１８．なお、上記の例では角が
丸いスペーサ４８を示したが、例えば図２１に示すよう
に、複数の溝４９ａが形成されたスペーサ４９を用いて
もよく、同様の効果が得られる。

【００５７】実施の形態１９．次に、図２２はこの発明
の実施の形態１９による超電導磁石装置を示す構成図で
ある。この例では、氷１５で含浸された超電導巻線１４
が収容された容器２３の外周部に、ヒータ５０が設けら
れている。このため、超電導巻線１４を室温まで昇温さ
せてメンテナンス等を行う際に、超電導巻線１４を容易
に乾燥させることができ、作業性が向上する。

【００５８】実施の形態２０．次に、図２３はこの発明
の実施の形態２０による超電導磁石装置の要部を示す構
成図である。図において、５１は超電導巻線を構成する
超電導線４１に電気的に接続されているとともに真空槽
２５の外部へ引き出されているパワーリード、５２はパ
ワーリード５１と輻射シールド２６との接続部に設けら
れ、水又は水溶液を凍結させてなる氷である。

【００５９】このような超電導磁石装置では、パワーリ
ード５１のサーマルアンカーの熱接触を氷５２により得
ているため、伝熱性が向上するとともに、メンテナンス
時に容易に取り外しが可能である。なお、同様の方法に
より、断熱支持材等のサーマルアンカーの熱接触を得る
ことができることは言うまでもない。

【００６０】実施の形態２１．次に、図２４はこの発明
の実施の形態２１による超電導磁石装置の要部を示す構
成図である。図において、５３，５４は超電導巻線１４
と冷凍機２７との接続部、及び輻射シールド２６と冷凍
機２７との接続部にそれぞれ設けられ、水又は水溶液を
凍結させてなる氷である。

【００６１】このような超電導磁石装置では、冷凍機２
７のコールドヘッドと超電導巻線１４との熱接触を氷５
３により得ている。また、冷凍機２７は多段になってお
り、冷凍機２７のステージと輻射シールド２６との熱接
触を氷５４により得ている。従って、伝熱性が向上する
とともに、メンテナンス時に容易に取り外しが可能であ
る。

【００６２】実施の形態２２．次に、図２５はこの発明
の実施の形態２２による超電導磁石装置の要部を示す構
成図である。この例では、超電導磁石装置の熱接触を必
要とする箇所、例えば輻射シールド２６と冷凍機２７と
の間に、氷５６が充填された例えば金属製の熱接触用氷
容器５５が介在されている。

【００６３】このような超電導磁石装置では、氷５６が
凍結する際の膨張力を利用して、熱接触用氷容器５５が
輻射シールド２６及び冷凍機２７に押し付けられてい
る。これにより、良好な熱接触が得られるとともに、組
立が容易になる。なお、容器５５は、輻射シールド２６
や冷凍機２７に備え付けておいてもよい。

【００６４】実施の形態２３．次に、図２６はこの発明
の実施の形態２３による超電導磁石装置の断面図、図２
７は図２６の装置の平面図（半分は省略）、図２８は図
２６の要部拡大図である。図において、６１は熱伝導率
の高い材料からなる層間スペーサ、６２は層間スペーサ
６１に巻回されている超電導線、６３は熱伝導率の高い
ワイヤからなるターン間スペーサであり、その両端部は
層間スペーサ６１の両端部に設けられた突起６４に取り
付けられている。６５は層間スペーサ６１，超電導線６
２，ターン間スペーサ６３及び突起６４を有する超電導
巻線、６６は超電導巻線６５が浸漬された水又は水溶液
を凍結させてなる氷である。

【００６５】このような超電導磁石装置では、２種類の
スペーサ６１，６３により超電導線６２相互が直接接触
しないように仕切られており、超電導線６２間には氷６
６が入り込んでいるため、擾乱で発生した熱が即座に氷
６６の中に散逸し、クエンチの発生が防止される。

【００６６】実施の形態２４．次に、図２９はこの発明
の実施の形態２４による超電導巻線の断面を模式的に示
す図である。この例では、超電導巻線を構成する超電導
線４１の層間に層間スペーサとしての層間シート６７が
挿入されている。このような構成とすることにより、特
に超電導線４１が丸線の場合、超電導線４１と層間シー
ト６７との隙間に氷４２が侵入し易く、安定性が向上す
る。また、層間シート６７の代わりに、多くの孔を有す
るシートやメッシュ等を用いれば、水による含浸がさら
に容易になる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
超電導装置は、含浸材として氷を用いているため、熱拡
散特性を高め、クエンチの発生を防止し、信頼性を向上
させることができる。また、封止手段を設けることによ
り、膨張時の圧力で氷が超電導巻線の隙間に入り易くな
り、安定性が一層向上する。また、水又は水溶液が氷に
相転移したときの膨張力により、超電導巻線が機械的に
強固に固定されるため、クラック等が発生しにくくなり
安定性が向上する。

【００６８】請求項２の発明の超電導装置は、容器のコ
ーナー部が曲面で構成されているので、氷が凍結する際
に生じる応力がコーナー部に集中するのを防止すること
ができ、容器が壊れにくくなる。

【００６９】請求項３の発明の超電導装置は、封止手段
として、逆止蓋及び逆止弁の少なくともいずれか一方を
用いたので、冷却により氷が溢れ出ないために超電導巻
線の位置の変化がより確実に防止される。

【００７０】請求項４の発明の超電導装置は、超電導巻
線を容器に収容し、その容器内に入れた水又は水溶液を
凍結させて氷含浸を行っているため、伝導冷却型の冷凍
機を用いるものにおいても、熱拡散特性を高め、クエン
チの発生を防止し、信頼性を向上させることができる。

【００７１】請求項５の発明の超電導装置は、コンジッ
ト内の超電導撚線を水又は水溶液に浸漬して凍結させた
ので、熱拡散特性を高めつつ、超電導撚線の固定を容易
に行うことができる。

【００７２】請求項６の発明の超電導装置は、コンジッ
ト内に冷媒流路を設けたので、超電導撚線の強制冷却を
行うことができるとともに、氷の体積変化を冷媒流路で
吸収することができる。

【００７３】請求項７の発明の超電導装置は、冷媒流路
に冷媒を導入するための冷媒入口をコンジットの両端部
に配置するとともに、冷媒流路から冷媒を導出するため
の冷媒出口をコンジットの中間部に配置したので、コン
ジット内の超電導撚線の変形が抑えられ、超電導特性の
劣化が抑制できるとともに、氷の凍結による巻線形状の
変化を防止することができる。

【００７４】請求項８の発明の超電導装置は、超電導巻
線と、この超電導巻線の近傍に設けられているヒータ
と、超電導巻線が浸漬された水又は水溶液を凍結させて
なる氷と、この氷の外周に設けられている断熱層とを備
えたので、ヒータにより超電導状態を高速でＯＮ／ＯＦ
Ｆすることができ、安定性の高い永久電流スイッチを得
ることができる。

【００７５】請求項９の発明の超電導装置は、氷に界面
活性剤が添加されているため、超電導線間の微小な隙間
にも氷を設けることができる。

【００７６】請求項１０の発明の超電導装置は、超電導
巻線の表面に界面活性剤を塗布したので、超電導巻線の
細部にまで氷を設けることができる。

【００７７】請求項１１の発明の超電導装置は、氷にそ
の熱膨張率を小さくする物質が添加されているので、熱
膨張をコントロールして氷の膨張により発生する応力を
低減することができる。

【００７８】請求項１２の発明の超電導装置は、水が浸
透する浸透部材を超電導線の表面に付着させたので、超
電導線相互が直接接触するのが防止され、擾乱で発生し
た熱が氷の中へ逃げ易くなり超電導の安定性が向上す
る。

【００７９】請求項１３の発明の超電導装置は、超電導
線との間に水又は水溶液が入り込むのを許容するような
スペーサを超電導線間に設けたので、超電導線とスペー
サとの間で生じた発熱を容易に氷の中に散逸させること
ができ、クエンチの発生を防止することができる。

【００８０】請求項１４の発明の超電導装置は、容器内
を加熱するヒータを設けたので、メンテナンス等を行う
際に、超電導巻線を容易に乾燥させることができ、作業
性が向上する。

【００８１】請求項１５の発明の超電導装置は、パワー
リードと輻射シールドとの接続部に氷を設けたので、伝
熱性が向上するとともに、メンテナンス時に容易に取り
外しが容易になる。

【００８２】請求項１６の発明の超電導装置は、超電導
巻線及び輻射シールドの少なくともいずれか一方と冷凍
機との接続部に氷を設けたので、伝熱性が向上するとと
もに、メンテナンス時に容易に取り外しが容易になる。

【００８３】請求項１７の発明の超電導装置は、熱接触
を必要とする箇所に氷が入った熱接触用氷容器を介在さ
せたので、伝熱性が向上するとともに、メンテナンス時
に容易に取り外しが容易になる。

【００８４】請求項１８の発明の超電導装置は、超電導
巻線に超電導線相互が直接接触するのを阻止する層間ス
ペーサ及びターン間スペーサの少なくともいずれか一方
を設けたので、超電導線間により確実に氷を配置するこ
とができ、熱拡散特性を高め、クエンチの発生を防止
し、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による超電導磁石装
置を示す構成図である。

【図２】氷の熱拡散性を確認するための第１の実験装
置を示す構成図である。

【図３】図２の実験の結果を示す時間と温度との関係
図である。

【図４】氷の熱拡散性を確認するための第２の実験装
置を示す構成図である。

【図５】図４の実験の結果を示すパルス幅とＭＱＥと
の関係図である。

【図６】この発明の実施の形態２による超電導磁石装
置の要部を示す構成図である。

【図７】この発明の実施の形態３による超電導磁石装
置の要部を示す構成図である。

【図８】この発明の実施の形態４による超電導磁石装
置を示す構成図である。

【図９】この発明の実施の形態５による超電導磁石装
置を示す構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態６による超電導ケー
ブルインコンジット導体の断面図である。

【図１１】この発明の実施の形態７による超電導ケー
ブルインコンジット導体の断面図である。

【図１２】この発明の実施の形態８による超電導ケー
ブルインコンジット導体の断面図である。

【図１３】この発明の実施の形態９による超電導磁石
装置の構成を説明するための説明図である。

【図１４】この発明の実施の形態１０による永久電流
スイッチを示す構成図である。

【図１５】この発明の実施の形態１２による超電導巻
線の断面を模式的に示す図である。

【図１６】この発明の実施の形態１３による超電導巻
線の断面を模式的に示す図である。

【図１７】この発明の実施の形態１４による超電導線
を示す斜視図である。

【図１８】この発明の実施の形態１５による超電導線
を示す斜視図である。

【図１９】この発明の実施の形態１６による超電導線
を示す斜視図である。

【図２０】この発明の実施の形態１７による超電導磁
石装置の要部を示す構成図である。

【図２１】この発明の実施の形態１８による超電導磁
石装置の要部を示す構成図である。

【図２２】この発明の実施の形態１９による超電導磁
石装置を示す構成図である。

【図２３】この発明の実施の形態２０による超電導磁
石装置の要部を示す構成図である。

【図２４】この発明の実施の形態２１による超電導磁
石装置の要部を示す構成図である。

【図２５】この発明の実施の形態２２による超電導磁
石装置の要部を示す構成図である。

【図２６】この発明の実施の形態２３による超電導磁
石装置の断面図である。

【図２７】図２６の装置の平面図である。

【図２８】図２６の要部拡大図である。

【図２９】この発明の実施の形態２４による超電導巻
線の断面を模式的に示す図である。

【図３０】従来の超電導装置の一例を示す構成図であ
る。

【図３１】図３０のＡ部拡大断面図である。

【符号の説明】

１３，２３容器、１４，３７，６５超電導巻線、１
５，３４，３９，４２，５２，５３，５４，５６，６６
氷、１６バルブ（封止手段）、２４逆止蓋（封止
手段）、２６輻射シールド、２７冷凍機、３１コ
ンジット、３２超電導撚線、３５，３６冷媒流路、３
５ａ，３５ｂ冷媒入口、３５ｃ冷媒出口、３８ヒ
ータ、４０断熱層、４３水溶性物質、４４フィラ
ー、４５繊維（浸透部材）、４６シート（浸透部
材）、４７メッシュ材（浸透部材）、４８，４９ス
ペーサ、５０ヒータ、５１パワーリード、５５熱
接触用氷容器、６１層間スペーサ、６２超電導線、
６３ターン間スペーサ、６７層間シート（層間スペ
ーサ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器と、この容器内に収容されている超
電導巻線と、上記容器内に設けられ、上記超電導巻線が
浸漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷と、上記容
器に設けられ、上記水又は水溶液が上記氷に相転移する
際の体積膨張分が上記容器の外部へ逃げるのを阻止する
封止手段とを備えていることを特徴とする超電導装置。
【請求項２】容器のコーナー部が曲面で構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の超電導装置。
【請求項３】封止手段は、逆止蓋及び逆止弁の少なく
ともいずれか一方であることを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載の超電導装置。
【請求項４】容器と、この容器内に収容されている超
電導巻線と、上記容器に接続され、上記超電導巻線を冷
却して超電導状態にする伝導冷却型の冷凍機と、上記容
器内に設けられ、上記超電導巻線が浸漬された水又は水
溶液を凍結させてなる氷とを備えていることを特徴とす
る超電導装置。
【請求項５】コンジットと、このコンジット内に収容
されている超電導撚線と、上記コンジット内に設けら
れ、上記超電導撚線が浸漬された水又は水溶液を凍結さ
せてなる氷とを備えていることを特徴とする超電導装
置。
【請求項６】コンジット内に冷媒流路が設けられてい
ることを特徴とする請求項５記載の超電導装置。
【請求項７】冷媒流路に冷媒を導入するための冷媒入
口がコンジットの両端部に配置されているとともに、上
記冷媒流路から上記冷媒を導出するための冷媒出口が上
記コンジットの中間部に配置されていることを特徴とす
る請求項６記載の超電導装置。
【請求項８】超電導巻線と、この超電導巻線の近傍に
設けられているヒータと、上記超電導巻線が浸漬された
水又は水溶液を凍結させてなる氷と、この氷の外周に設
けられている断熱層とを備えていることを特徴とする超
電導装置。
【請求項９】超電導巻線と、この超電導巻線が浸漬さ
れかつ界面活性剤が添加された水又は水溶液を凍結させ
てなる氷とを備えていることを特徴とする超電導装置。
【請求項１０】表面に界面活性剤が塗布されている超
電導巻線と、この超電導巻線が浸漬された水又は水溶液
を凍結させてなる氷とを備えていることを特徴とする超
電導装置。
【請求項１１】超電導巻線と、この超電導巻線が浸漬
されかつ熱膨張率を小さくする物質が添加されている水
又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えていることを特
徴とする超電導装置。
【請求項１２】水が浸透する浸透部材が超電導線の表
面に付着されている超電導巻線と、この超電導巻線が浸
漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えてい
ることを特徴とする超電導装置。
【請求項１３】超電導線間にスペーサが設けられてい
る超電導巻線と、この超電導巻線が浸漬された水又は水
溶液を凍結させてなる氷とを備え、上記スペーサは、上
記超電導線との間に上記水又は水溶液が入り込むのを許
容することを特徴とする超電導装置。
【請求項１４】容器と、この容器内に収容されている
超電導巻線と、上記容器内に設けられ、上記超電導巻線
が浸漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷と、上記
容器内を加熱するヒータとを備えていることを特徴とす
る超電導装置。
【請求項１５】超電導巻線と、この超電導巻線の周囲
を覆う輻射シールドと、上記超電導巻線から上記輻射シ
ールドの外部へ引き出されているパワーリードと、この
パワーリードと上記輻射シールドとの接続部に設けら
れ、水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えているこ
とを特徴とする超電導装置。
【請求項１６】超電導巻線と、この超電導巻線の周囲
を覆う輻射シールドと、上記超電導巻線に接触し、上記
超電導巻線を冷却して超電導状態にする伝導冷却型の冷
凍機と、上記超電導巻線及び上記輻射シールドの少なく
ともいずれか一方と上記冷凍機との接続部に設けられ、
水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えていることを
特徴とする超電導装置。
【請求項１７】熱接触を必要とする箇所に介在されて
いる熱接触用氷容器と、この熱接触用氷容器内に充填さ
れた水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えているこ
とを特徴とする超電導装置。
【請求項１８】超電導線相互が直接接触するのを阻止
する層間スペーサ及びターン間スペーサの少なくともい
ずれか一方を有する超電導巻線と、この超電導巻線が浸
漬された水又は水溶液を凍結させてなる氷とを備えてい
ることを特徴とする超電導装置。