TWI508402B

TWI508402B - 超導裝置之終端設備

Info

Publication number: TWI508402B
Application number: TW103102302A
Authority: TW
Inventors: Heo Gyung Sung; Hyun Man Jang; Chang Youl Choi
Original assignee: Ls Cable & System Ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-11-11
Also published as: CN103944138A; US20140299307A1; CN103944138B; KR102005582B1; TW201431229A; KR20140094874A

Description

超導裝置之終端設備

本發明係關於一種超導裝置之終端設備。更特別地，本發明係關於一種最大限度地減少用於分隔液態冷凍劑、氣態冷凍劑或常溫絕緣物質等的分隔構件的使用，從而能夠防止配置在各分隔構件等上的O型圈等氣密構件等破損的超導裝置之終端設備。

由於超導體在一定溫度下的電阻接近於零，因此即使在低電壓條件下也具有大的電流傳輸能力。

具備這種超導體的超導設備，為了形成並保持極低溫環境，使用通過氮氣等冷凍劑進行冷卻的方法及/或形成真空層的隔熱方法。這種超導設備例如可以為超導電纜。

通過這種超導設備傳送的電流可以通過超導設備用終端結構體與常溫環境的導體線連接。

為了防止暴露超導體等的環境從極低溫環境突然改變為常溫環境時所產生的問題，超導設備用終端結構體可以使用如下方法，在極低溫環境和常溫環境之間確保充分的溫度梯度的情況下，將超導體與導體線連接，而將導體線引出至常溫環境。

由此，從上端向下端方向按照溫度分隔為常溫部A、溫度梯度部B、極低溫部C，其中，極低溫部C容納極低溫的液態冷凍劑，溫度梯度部B在液態冷凍劑的上側容納氣態冷凍劑g，並使氣態冷凍劑g具有極低溫和常溫之間的溫度梯度，常溫部A以常溫環境構成。

由此，與超導體連接的導體線經過極低溫部C、溫度梯度部B、以及常溫部A，從而從極低溫環境逐漸向常溫環境暴露。

通過這種超導設備用終端結構體能夠緩解溫度急劇變化導致絕緣破損的可能性，並將由超導體供給的電流傳送至常溫的導體側。

但是，這種超導設備用終端結構體存在如下問題。

韓國公開專利10-2011-0005534號(以下稱為「習知技術1」)採用了利用密封板(附圖標記261)分隔極低溫部C和溫度梯度部B，以物理方式分隔極低溫的液態冷凍劑和具有溫度梯度的氣態冷凍劑g的結構，但是難以保障暴露在極低溫冷凍劑中的密封板和與密封板設在一起的氣密構件(O型圈等)等的氣密性或其耐久性，因此，並不優選利用人工結構物等隔離極低溫的液態冷凍劑和氣態冷凍劑g的方法。

此外，揭露了用於容納液態冷凍劑和氣態冷凍劑g的第二管體220和第三管體260可以形成為一體結構，此時雖然也有可能不發生與密封板設在一起的氣密構件(O型圈等)等的氣密性等問題，但是無法根據需要調節容納在密封板下部的液態冷凍劑的液面。即，當液態冷凍劑容納在密封板下部時，液態冷凍劑不宜直接接觸於密封板等結構。

但是，習知技術1沒有揭露用來防止容納在密封板下部的液態冷凍劑的液面上升而直接接觸於密封板的結構。

此外，韓國公開專利10-2011-0085717號(以下稱為「習知技術2」)中，為了進一步提高超導設備用終端結構體的溫度梯度部B的可組裝性、結構強度、絕緣強度，將溫度梯度部B的導體組裝連接結構和絕緣結構改善成新式樣，構成為可拆卸溫度梯度部B的結構。但是習知技術2與習知技術1同樣，由於用於分隔極低溫部C和溫度梯度部B的隔間構件(附圖標記14)直接暴露在極低溫液態冷凍劑中，因此，難以保障與隔間構件設在一起的氣密構件(O型圈等)等的氣密性或其耐久性，而且與習知技術1同樣，沒有揭露防止液態冷凍劑的液面接觸隔間構件(附圖標記14)的液面位置調節方法。

此外，日本公開專利特開2011-160641號(以下稱為「習知技術3」)採用了在內部壓力容器(附圖標記22)的下部容納有液態冷凍劑層(附圖標記5)，在其上部容納有冷凍劑氣體(附圖標記4)的結構。由於習知技術3沒有在容納有液態冷凍劑的極低溫層和容納有氣態冷凍劑g的溫度梯度部B之間採用利用密封板或隔間構件等進行隔離的結構物，因此可能不存在密封板或隔間構件本身或用於安裝密封板或隔間構件而配置的O型圈等氣密構件直接暴露在極低溫液態冷凍劑中而產生的問題，但是習知技術3的超導設備用終端結構體，雖然作為常溫部A的高電壓引出部(附圖標記13)被容納在溫度梯度部B(附圖標記12)內的冷凍劑氣體層(附圖標記4)和凸緣(flange，附圖標記6)分隔，但沒有揭露在極低溫部C(附圖標記11)和溫度梯度部B(附圖標記12)之間調節液態冷凍劑的液面位置的方法。

因此，當液態冷凍劑的液面非正常上升時，用於分隔常溫部A和溫度梯度部B的凸緣(附圖標記6)有可能暴露在極低溫液態冷凍劑中，因此，同樣地，難以保障密封用的氣密構件等的氣密性或其耐久性。

此外，習知技術3沒有揭露配置在極低溫部C和溫度梯度部B的導體線和套管貫穿凸緣(flange，附圖標記6)而延伸到常溫部A(附圖標記13)，並且常溫部A(附圖標記13)從溫度梯度部(附圖標記12)可拆卸地構成的內容，因此難以與其它的外部設備連接。

此外，嘗試著省略用於儲存液態冷凍劑的極低溫部C和用於儲存氣態冷凍劑g的溫度梯度部B之間的隔壁、凸緣或隔間等分隔構件，以保障上述氣密性或確保氣密構件的耐久性。

即，日本公開公報特開2011-40705號(以下稱為「習知技術4」)介紹了省略用於儲存液態冷凍劑的極低溫部C和用於儲存氣態冷凍劑g的溫度梯度部B之間的隔壁、凸緣或隔間等分隔構件的同時，人工調節液態冷凍劑的液面位置的方法。

即，設置用於調節冷凍劑槽(附圖標記13)內的液態冷凍劑131液面13f的液面調節單元(附圖標記21)，當液面位置上升時，通過液面調節單元(附圖標記21)向溫度梯度部B強制供給氣態冷凍劑g，以阻斷液態冷凍劑的液面(ls)接近極低溫部C和溫度梯度部B等。但是，當在溫度梯度部B設置其他的氣體供給管等時，需要保障氣密的溫度梯度部的氣密可靠性有可能存在問題。

此外，由於習知技術4也沒有揭露配置在極低溫部C和溫度梯度部B的導體線和套管延伸到常溫部A，並且常溫部A從溫度梯度部可拆卸的內容，因此難以與其它的外部設備連接。

此外，韓國公開專利10-2007-0102651號(以下稱為「習知技術5」)中試圖通過縮小冷凍劑槽11內表面11a與套管10外側表面之間的間隙來使液面自然位於溫度梯度部B，但其只是在特定實驗條件下才能適用的數值條件，存在無法進行普及化的局限性，考慮到確保凸緣等的耐久性或氣密性等，而無法成為優選的方法。由此，習知技術5也沒有揭露用於積極降低液態冷凍劑液面位置的液面位置調節單元，因此有可能發生上述問題。

此外，習知技術5也沒有揭露配置在極低溫部C和溫度梯度部B的導體線和套管延伸到常溫部A，並且常溫部A從溫度梯度部B可拆卸的內容，因此，難以與其它的外部設備連接，或需要額外連接。

為解決所述問題，本發明提供一種超導裝置之終端設備，其包含：冷凍劑容器，其具有：極低溫部，位於下部，容納有液態冷凍劑；溫度梯度部，位於極低溫部上部，容納有氣態冷凍劑，氣態冷凍劑具有溫度梯度；至少一個液面位置調節裝置，設於冷凍劑容器；至少一個感測單元，設於冷凍劑容器，用於感測冷凍劑容器的溫度、容納於冷凍劑容器中的冷凍劑的溫度或壓力；控制部，根據由感測單元所感測的感測資訊判斷的液態冷凍劑的液面位置，控制液面位置調節裝置；常溫部管體，與冷凍劑容器分隔，容納有絕緣油或絕緣氣體以構成常溫部；以及導體線，在冷凍劑容器的液態冷凍劑中與超導設備的超導體側連接，並向常溫部管體延伸。

感測單元包含設在冷凍劑容器上的溫度感測器。

溫度感測器可測量冷凍劑容器的表面溫度。

可具有多個溫度感測器，其中，至少一個溫度感測器設在冷凍劑容器中的溫度梯度部。

感測單元包含設在冷凍劑容器上的壓力感測器。

可具有位於不同位置的兩個以上壓力感測器。

可在極低溫部和溫度梯度部各設有至少一個壓力感測器，用於分別測量容納於冷凍劑容器中的液態冷凍劑和氣態冷凍劑的壓力。

設在極低溫部的壓力感測器，可設在能夠測量極低溫部的最下部的液態冷凍劑壓力的位置。

控制部可根據由分別設在極低溫部和溫度梯度部的壓力感測器所測得壓力的壓力差，來判斷液態冷凍劑的液面位置。

冷凍劑容器可由密封構件密封，常溫部管體安裝在密封構件上。

超導裝置之終端設備更包含包圍冷凍劑容器的真空容器，真空容器以使冷凍劑容器的上端下部區域暴露於外部的方式包圍冷凍劑容器。

液面位置調節裝置包含至少一個電加熱器，電加熱器附著在冷凍劑容器的外表面。

多個電加熱器以不同高度隔開設置在溫度梯度部。

控制部可控制電加熱器，使得容納於冷凍劑容器內的液態冷凍劑的液面處於預定範圍。

預定範圍的下限可以為，設在導體線的下部套管上的多個箔電極中位於最上側的箔電極的高度。

預定範圍的上限可以為，設在溫度梯度部的電加熱器中位於最下部的電加熱器的下端的高度。

為解決所述問題，本發明提供一種超導裝置之終端設備，其包含：冷凍劑容器，在下部容納有液態冷凍劑，在液態冷凍劑的液面上部容納有氣態冷凍劑；至少一個電加熱器，設於冷凍劑容器；至少一個溫度感測器，設於冷凍劑容器，用於測量冷凍劑容器的溫度或容納於冷凍劑容器中的冷凍劑的溫度；控制部，透過基於溫度感測器所感測的感測資訊的液面位置來控制電加熱器；第一導體線，連接於超導設備的超導體側，其下部浸漬在容納於冷凍劑容器中的液態冷凍劑中，其上部向容納有氣態冷凍劑的冷凍劑容器上部延伸；密封構件，用於密封冷凍劑容器的上端；第二導體線，以密封構件為介質與第一導體線可拆裝地連接，並向上方延伸；常溫部管體，可拆裝地安裝於密封構件上，包圍第二導體線，在其內部容納有絕緣油或絕緣氣體。

當溫度感測器所感測的溫度下降到預定溫度以下時，控制部可使電加熱器動作。

可在冷凍劑容器外側設有多個電加熱器，在冷凍劑容器外側設有多個分別與電加熱器相鄰的溫度感測器。

控制部可進行控制，使多個電加熱器中至少一個電加熱器的動作起始時間點、動作時間、單位時間發熱量與其餘電加熱器不同，或使多個電加熱器的動作起始時間點、動作時間、單位時間發熱量相同。

超導裝置之終端設備更包含真空容器，用於對冷凍劑容器的容納空間中容納液態冷凍劑的容納空間和容納氣態冷凍劑的容納空間的一部分進行真空隔熱，真空容器以使冷凍劑容器的上端下部區域暴露於外部的方式包圍冷凍劑容器，多個電加熱器中至少一個電加熱器設在暴露於真空容器外側的冷凍劑容器的外表面上。

控制部可進行控制，使設在暴露於真空容器外側的冷凍劑容器外表面上的電加熱器的動作時間長於其餘電加熱器的動作時間。

控制部可進行控制，使設在暴露於真空容器外側的冷凍劑容器外表面上的電加熱器的動作起始時間點早於其餘電加熱器的動作起始時間點。

控制部可進行控制，使設在暴露於真空容器外側的冷凍劑容器外表面上的電加熱器的單位時間發熱量大於其餘電加熱器的單位時間發熱量。

超導裝置之終端設備更包含至少一個壓力感測器，壓力感測器用於測量容納於冷凍劑容器中的液態冷凍劑或氣態冷凍劑的壓力。

為了測量液態冷凍劑和氣態冷凍劑的壓力，壓力感測器可分別設在容納有液態冷凍劑的位置和容納有氣態冷凍劑的位置上，控制部根據各壓力感測器所感測的壓力差來判斷液態冷凍劑的液面位置。

可在密封構件的中心部設有導電性連接器，在導電性連接器上連接有第一導體線和第二導體線。

12‧‧‧超導體

110‧‧‧連接部

120‧‧‧連接導體

130‧‧‧接頭

210‧‧‧導體線

220‧‧‧套管

222‧‧‧下端部

2221‧‧‧箔電極

300‧‧‧冷凍劑容器

310‧‧‧下部區域

320‧‧‧上端

400‧‧‧真空容器

500、500(1)…500(r)‧‧‧電加熱器

600‧‧‧密封構件

610‧‧‧導電性連接器

700‧‧‧常溫部管體

710‧‧‧下端

810‧‧‧導體線

820‧‧‧套管

1000‧‧‧終端設備

ls‧‧‧液面

g‧‧‧氣態冷凍劑

l‧‧‧液態冷凍劑

A‧‧‧常溫部

B‧‧‧溫度梯度部

C‧‧‧極低溫部

R1‧‧‧預定範圍

R2‧‧‧預定範圍

h‧‧‧高度

H(c)‧‧‧高度

P、P1…Pq‧‧‧壓力感測器

T、T1…Tp‧‧‧溫度感測器

第1圖為本發明第一實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第2圖為本發明第二實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第3圖為本發明第三實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第4圖為本發明第四實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第5圖為本發明第五實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第6圖為本發明第六實施例之超導裝置之終端設備的剖面示意圖。

第7圖為本發明的超導裝置之終端設備的方塊圖。

以下參照附圖詳細說明本發明的較佳實施例。但是本發明並不限定於在此描述的實施例，也可以其他形式實現。在此說明的實施例是為了完整地公開內容，而且能夠向本領域的技術人員充分傳遞本發明的思想而提供。在整個說明書中相同附圖標記表示相同的構成要素。

本發明所要解決的技術問題為，提供一種超導裝置之終端設備，能夠省略構成超導裝置之終端設備的用於分隔容納有液態冷凍劑的極低溫部和容納有氣態冷凍劑的溫度梯度部的分隔構件等，同時解決液態冷凍劑的液面非正常地向常溫部側接近而發生的問題。

第1圖為本發明第一實施例的超導裝置之終端設備1000的剖視圖。

本發明第一實施例的超導裝置之終端設備1000包含：極低溫部C，用於容納液態冷凍劑l，在液態冷凍劑l中浸漬有連接於超導體側而其外側具有套管的導體線210的下部；溫度梯度部B，與極低溫部C連通，以具有溫度梯度的方式容納氣態冷凍劑g，導體線向上方延伸配置；常溫部A，與溫度梯度部B分隔開，極低溫部C和溫度梯度部B的導體線延伸而被引出；以及至少一個液面調節裝置，設在溫度梯度部或極低溫部C，使得容納於極低溫部C的液態冷凍劑的液面處於預定範圍內。

超導裝置之終端設備1000可以分隔成：極低溫部C，連接於構成超導設備的超導體側的導體線被浸漬在極低溫液態冷凍劑中；溫度梯度部B，在氣態冷凍劑內部配置有導體線，氣態冷凍劑從容納於極低溫部C的液態冷凍劑的液面ls開始，隨著高度的上升而具有一定的溫度梯度；以及常溫部A，與溫度梯度部B分隔開，在常溫環境下容納有絕緣油或絕緣氣體，導體線延伸被引出。

由於容納有極低溫液態冷凍劑的極低溫部C和容納有氣態冷凍劑的溫度梯度部B具有彼此連通的結構，因此被容納於極低溫部C的液態冷凍劑的液面ls可以根據液態冷凍劑的溫度和內部壓力進行升降。

極低溫部C和溫度梯度部B可以理解為，容納有液態冷凍劑的冷凍劑容器300根據液面ls位置劃分的區域。

導體線210連接於超導體12側。在此，導體線210連接於超導體12側的含義，應解釋為包含導體線210透過連結部、接頭或其他連接部等連接單元直接連接的情況，以及採用下面說明的連接導體等間接連接的情況。

極低溫部C中，構成超導設備核心的超導體12的端部和與此端部連接的連接導體120在連接部110連接，在連接部110連接的連接導體120可以透過接頭130等與導體線210電連接。

雖然在第1圖中未圖示，但也可以在連接部110的附近具有絕緣支撐物，以用於緩解熱收縮而可能產生的應力。

接頭130可以提供隨著連接導體210的溫度在水準方向收縮或拉伸時能夠與導體線210等穩定連接的結構。例如，接頭130可以包含柔性材料的編織線連接構件等。

連接於接頭130的導體線210向冷凍劑容器300的上端方向延伸。

導體線210可以由銅(Cu)或鋁(Al)材料構成，在其外側可具有套管220。當然，導體線210能夠採用以省略套管220的裸導體形式。

作為金屬等導電性材料的示例，銅(Cu)或鋁(Al)等即使接近超導設備所使用的冷凍劑溫度，例如當作為冷凍劑使用液氮時接近液氮的溫度，電阻也較小。

套管220為不銹鋼管及其外側由乙烯-丙烯橡膠(ethylene propylene rubber)或纖維增強塑膠(FRP)等絕緣材料包層的形式。

此外，套管可以在外周的長度方向上端部和下端部222以垂直於傾斜面的方向具有箔電極2221，具有箔電極2221的部分可以為錐形。

在套管220上所具有的箔電極2221可以用作電場緩解單元。

在極低溫部C所具有的液態冷凍劑l和溫度梯度部B的氣態冷凍劑g可以儲存在用於容納冷凍劑的冷凍劑容器300中。冷凍劑容器可以由強度優異的不銹鋼等金屬構成。

冷凍劑容器300可以理解為具有：極低溫部C，位於下部並容納有液態冷凍劑；溫度梯度部B，位於極低溫部C的上部並容納有氣態冷凍劑g，氣態冷凍劑g具有溫度梯度。

冷凍劑容器300可以具有如下結構，在其下部容納有液態冷凍劑l，在其上部容納有氣態冷凍劑g，並且導體線210的下部被浸漬。

此外，被容納在冷凍劑容器300下部的液態冷凍劑l的液面ls可以根據內部溫度或壓力進行上升或下降。當液態冷凍劑為液氮時，氣態冷凍劑g可以為氣氮。

本發明的超導裝置之終端設備1000可以具有密封構件600，用於將溫度梯度部B以與常溫部A分隔的狀態密封

冷凍劑容器300的上端可具有開放的結構，為了密閉冷凍劑容器300的上端，密封構件600可採用具有優異耐候性、耐腐蝕性的塑膠、即環氧樹脂(epoxy)等材料。

以密封構件600為界，在溫度梯度部B的上部可具有常溫部A。

常溫部A在內側可以延伸配置有導體線210，並且可以具有常溫部管體700，常溫部管體700包裹導體線210，且在其內部容納有絕緣油或絕緣氣體(空氣或SF6氣體等)。常溫部管體700可以由聚合物(Polymer)材料構成。

透過這種方式，能夠最大限度地減少溫度變化引起的衝擊，同時將經由常溫部A的導體線210引出至外部。

本發明第一實施例的超導裝置之終端設備1000，與習知技術不同，採用在極低溫部C和溫度梯度部B之間不另行使用凸緣構件(flange member)、隔壁或密封材料等的結構，從而能夠緩解凸緣構件、隔壁或密封材料等暴露在液態冷凍劑中而固化或破損的問題。

因此，在用於容納極低溫部C和溫度梯部B的冷凍劑的冷凍劑容器300的上部，液面ls高度主要可以根據液態冷凍劑的溫度或壓力進行上升或下降。當然，當溫度梯度部B內的氣態冷凍劑的溫度或壓力急劇變化時，也有可能對液面ls高度產生一定影響。

本發明第一實施例的超導裝置之終端設備1000，省略了用於分隔極低溫部C和溫度梯度部B的構件。當液態冷凍劑l的液面ls非正常上升時，液面ls可能到達用於分隔及密閉常溫部A和溫度梯度部B的密封構件600處。若極低溫液態冷凍劑接近密封構件600，則有可能在密封構件或其O型圈等的氣密性或耐久性方面發生問題，因此，為了使容納在冷凍劑容器300中的液態冷凍劑l的液面ls保持在預定範圍內，可以包含液面位置調節裝置以調節被容納在溫度梯度部B內部的液態冷凍劑l的液面ls位置。

習知技術中出現了透過向冷凍劑容器內部注入或引出冷凍劑的方法調節液面ls位置的方法，但這種方法不利於保持氣密性。

液面位置調節裝置為加熱裝置或冷卻裝置。然而，在本發明中，詳細說明作為液面位置調節裝置使用加熱裝置的情況。但是，這並不是排除本發明中使用冷卻裝置的情況。

因此，介紹本發明的超導裝置之終端設備1000作為液面位置調節裝置採用加熱裝置、更具體地採用電加熱器的方法。

具體地，液面位置調節裝置為設在構成極低溫部C和溫度梯度部B的冷凍劑容器300外表面的至少一個電加熱器500。

電加熱器500可以設在冷凍劑容器300的外表面，電加熱器500產生的熱主要透過金屬材料的冷凍劑容器300傳遞，從而可使液態狀的液態氮氣化，以下降液面ls高度。

而且，可以具有真空容器400，其包圍冷凍劑容器300以對冷凍劑容器300進行真空隔熱。

在第1圖所示的實施例中，真空容器延伸到冷凍劑容器300的上部，能夠真空隔熱冷凍劑。

電加熱器500設於冷凍劑容器300，為了防止在冷凍劑容器300內液態冷凍劑的液面ls向密封構件600側接近，可以透過加熱冷凍劑容器300來調節液態冷凍劑的液面ls位置，電加熱器500可以貼附在冷凍劑容器300外表面的狀態。電加熱器500可以為帶式加熱器(band heater)。

電加熱器500可以選擇性地進行動作，以使液態冷凍劑l的液面ls保持在預定範圍R1內。

在此，預定範圍R1的下端可以為設在套管下部的多個箔電極2221中最上部箔電極的高度(上端高度)以上，以防止隨著液面下降，設在導體線210上所具有的套管220下端部222的多個箔電極2221中最上部箔電極2221暴露在氣態冷凍劑中。

即，其理由是將用於緩和電場的箔電極所處的環境保持在液態冷凍劑中。

此外，預定範圍R1的上端可以為電加熱器500的下端。即，優選將液面ls位置控制成，防止液面ls上升到電加熱器500下端以上高度。若電加熱器500配置在低於液面ls位置之處時，即使電加熱器動作，電加熱器所提供的熱也不能用於氣化液面上的液態冷凍劑，而僅提高液面下部的液態冷凍劑的溫度。

為了透過控制電加熱器500來調節液面ls位置位於預定範圍，需要準確地判斷容納在冷凍劑容器300內部的液態冷凍劑l的位置。

第2圖為本發明的超導裝置之終端設備1000的另一實施例。省略與參照第1圖說明重複說明的部分。

超導裝置之終端設備1000還可以包含感測單元，設在極低溫部或溫度梯度部，以感測極低溫部和溫度梯度部的溫度。感測單元可以為溫度感測器T。

溫度感測器T可以設在冷凍劑容器，用於測量冷凍劑容器的溫度或容納於冷凍劑容器中的冷凍劑的溫度。而且，溫度感測器T可以分別設在與電加熱器相鄰的位置。

溫度感測器T也可以附著在冷凍劑容器300上，以測量冷凍劑容器300的表面溫度，或者直接測量容納於冷凍劑容器300內側的液態冷凍劑或氣態冷凍劑的溫度。

第2圖所示的實施例，表示溫度感測器T設在冷凍劑容器300的表面以測量冷凍劑容器300表面溫度的情況。

溫度感測器T設在與電加熱器500臨近位置的理由是，為了根據由溫度感測器T所測得的冷凍劑容器溫度而掌握的液面位置精確地使電加熱器500動作。

此外，本發明的超導裝置之終端設備1000可包含控制部(未圖示)，控制部根據由感測單元所感測的感測資訊的液面位置來控制電加熱器500。

第3圖為本發明第三實施例的超導裝置之終端設備1000的剖面示意圖。省略與參照第1圖和第2圖說明重複說明的部分。

在第3圖所示的實施例中，具有作為感測單元的壓力感測器，壓力感測器設在冷凍劑容器300以感測容納於冷凍劑容器300中的冷凍劑的壓力。

壓力感測器P與溫度感測器相同，用於感測容納於溫度梯度部等中的氣態冷凍劑g等的壓力來掌握液態冷凍劑的液面位置。

例如，測量氣態冷凍劑g的壓力，若所測量的壓力降低，則可以判斷為液態冷凍劑的液面在上升，與根據冷凍劑的溫度掌握液態冷凍劑液面位置的方法同樣，透過實驗測得基於氣態冷凍劑g壓力而變化的液面ls位置，並將其進行資料庫化，從而可以透過壓力感測器P感測氣態冷凍劑的壓力來掌握液態冷凍劑l的液面位置。

第4圖為本發明的超導裝置之終端設備1000的另一實施例。省略與參照第1圖至第3圖說明重複說明的部分。

第4圖所示的超導裝置之終端設備1000具有多個電加熱器，電加熱器作為液面位置調節裝置用於人工調節液面ls位置。

具體地，第3圖所示的超導裝置之終端設備1000示出了在冷凍劑容器外表面具有第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)的例。

在第4圖所示的實施例中，第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)在冷凍劑容器300的溫度梯度部區域以彼此不同高度並排安裝。

此外，在第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)臨近位置可分別具有第一至第三溫度感測器T1、T2、T3。

第一至第三溫度感測器T1、T2、T3可以分別附著在冷凍劑容器300的彼此不同的位置，以測量冷凍劑容器300的表面溫度，即冷凍劑容器300中隨溫度梯度部B的高度變化的表面溫度。

因此，在第4圖所示的實施例中，第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)和第一至第三溫度感測器T1、T2、T3可以在冷凍劑容器300中沿著溫度梯度部B的高度依次交替配置。

若交替配置第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)和第一至第三溫度感測器T1、T2、T3，則第一至第三溫度感測器T1、T2、T3可以測量安裝位置的冷凍劑容器的溫度，因此，可以分別測量容納於溫度梯度部內的氣態冷凍劑的溫度梯度上的冷凍劑容器的溫度。

此外，使多個溫度感測器彼此以不同高度隔開安裝在溫度梯度部B，當隨著時間的經過而監控透過各溫度感測器測量的各位置溫度時，若透過特定溫度感測器測量的溫度在特定時間點急劇下降/上升，則可以判斷為液面在正在經過附著有特定溫度感測器的冷凍劑容器內側面而進行上升/下降。

當然，也可以根據後述第一式或第二式比較準確地進行判斷，但是，僅具有溫度感測器也可以透過觀察溫度梯度部的不同區域隨時間的溫度變化來多少可以估計液面位置。

而且，第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)可以一起或獨立動作，以根據各溫度感測器感測的溫度資訊迅速精確地調節液面位置。

若第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)同時動作，則能夠使單位時間發熱量最大化，可迅速調節液態冷凍劑的液面ls位置。

此外，也可以將第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)中的特定電加熱器用作主要液面位置調節裝置，而其餘的液面位置調節裝置作為輔助液面位置調節裝置。

例如，在第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)中，可以控制為，使第一電加熱器500(1)作為主要電加熱器常時動作或單獨動作，使第二和第三電加熱器500(2)、500(3)作為輔助液面位置調節裝置動作。

因此，若冷凍劑容器300內側的液面位置急劇上升，則由第一至第三溫度感測器T1、T2、T3測得的溫度梯度變大，在這種情況下，可以同時使第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)動作以使單位時間發熱量最大化，從而能夠迅速調節液態冷凍劑的液面ls位置。

相反，若冷凍劑容器300內側的液面位置逐漸上升，則由第一至第三溫度感測器T1、T2、T3測得的溫度梯度變小，在這種情況下，可以使第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)中的一個或兩個電加熱器動作，而其餘的電加熱器中止動作。

此時，可以將設在最上部的電加熱器的第一電加熱器500(1)用作主要電加熱器，而第二和第三電加熱500(2)、500(3)用作輔助電加熱器。

設在冷凍劑容器上的電加熱器中，將設在最上部的電加熱器用作主要電加熱器的原因是，其位於最易於防止液面接近密封冷凍劑容器上端的密封構件等，且防止密封構件或與其一同設置的O型圈等氣密構件過度冷卻的位置。

此外，即使液面位置上升也向密封構件接近屬於非正常情況，若需要將特定電加熱器選作主要電加熱器，則將最上部電加熱器選作主要電加熱器，而主要使主要電加熱器動作，直接加熱氣態冷凍劑，使液態冷凍劑的液面位置下降，從而容易調節。

而且，第4圖所示的實施例，具有壓力感測器，用於感測容納於冷凍劑容器300內側的冷凍劑的壓力。

第4圖所示的實施例與第3圖所示的實施例不同，可以具有兩個壓力感測器，分別設在冷凍劑容器的溫度梯度部B和極低溫部C，以分別測量被容納的氣態冷凍劑g的壓力和液態冷凍劑l的壓力。

即，第一壓力感測器P1可以設置在冷凍劑容器300中的溫度梯度部A，測量其內部的氣態冷凍劑的壓力，第二壓力感測器P2可以設置在冷凍劑容器300中的極低溫部C，測量其內部的液態冷凍劑的壓力。

具有第一壓力感測器P1和第二壓力感測器P2的多個壓力感測器的原因是，為了計算透過各壓力感測器感測的壓力的壓力差。

透過第二壓力感測器P2感測容納在極低溫部最下部的液態冷凍劑的壓力，當氣態冷凍劑的壓力在溫度梯度部的每個區域偏差不大，則分別由第一壓力感測器P1和第二壓力感測器P2測得的氣態冷凍劑g的壓力和液態冷凍劑l的壓力的壓力差△P如下述第一方程所示： (第一方程)-壓力差△P=液態冷凍劑密度ρ*重力加速度g*液態冷凍劑液面高度H(c)

因此，決定液態冷凍劑液面位置的液態冷凍劑液面高度H(c)可以透過下述第二方程來確定：(第二方程)-液態冷凍劑液面高度H(c)=壓力差△P/(液態冷凍劑密度ρ*重力加速度g)

如第3圖所示，可僅具有一個壓力感測器，以測量氣態冷凍劑的壓力，並根據氣態冷凍劑的壓力直接判斷液態冷凍劑的液面位置，但如第4圖所示，也可以具有多個壓力感測器，計算根據液態冷凍劑的整個高度的壓力差△P，從而更加準確地判斷液態冷凍劑的液面位置。

本發明第四實施例的超導裝置之終端設備1000，具有用於調節液態冷凍劑液面位置的電加熱器，而作為用於調節液態冷凍劑位置的資料資料可以測量冷凍劑容器溫度或冷凍劑壓力等。

這些用於感測溫度或壓力的感測單元，並不僅限於使用溫度感測器和壓力感測器中的任一種，如第4圖所示，可以同時安裝兩種感測器，從而在溫度和壓力方面分別判斷液態冷凍劑的液面位置。

而且，在如第4圖所示的實施例中，多個電加熱器500可以選擇性地進行動作，使得液態冷凍劑的液面ls保持在預定範圍R2。

同樣，預定範圍R2的下端可以設在套管下部的多個箔電極2221中位於最上部的箔電極的高度以上，以防止設在導體線210上的套管220下端部222的多個箔電極2221中最上部的箔電極221隨著液面下降而暴露在氣態冷凍劑中，出於與上述實施例相同的邏輯，預定範圍R2的上端可以為多個電加熱器中位於最下端的第三電加熱器500(3)的下端。

第5圖為本發明第五實施例的超導裝置之終端設備1000的另一實施例。省略與參照第1圖至第4圖說明重複說明的部分。

第5圖所示實施例的超導裝置之終端設備1000與第4圖所示的超導裝置之終端設備同樣，第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)可以以彼此不同高度並列安裝在冷凍劑容器300的溫度梯度部區域，而分別在第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)臨近位置，設有第一至第三溫度感測器T1、T2、T3，從而測量隨溫度梯度部B高度變化的溫度感測器安裝部位的冷凍劑容器300的表面溫度。

此外，為了分別測量容納於冷凍劑容器300中的液態冷凍劑和氣態冷凍劑的壓力，可以具有第一和第二壓力感測器P1、P2。第一壓力感測器P1可以設置在冷凍劑容器300中的溫度梯度部B，以測量其內部的氣態冷凍劑的壓力，第二壓力感測器P2可以設置在冷凍劑容器300中的極低溫部C，以測量其內部的液態冷凍劑的壓力。

第5圖所示的超導裝置之終端設備1000省略了用於分隔極低溫部C和溫度梯度部B的構件。當液態冷凍劑l的液面ls非正常上升時，液面ls有可能到達用於分隔及密閉常溫部A和溫度梯度部B的密封構件600。若極低溫狀態的液態冷凍劑接近密封構件600，則有可能導緻密封構件或其O型圈等的氣密性或耐久性出現問題，因此，為了使容納於冷凍劑容器300中的液態冷凍劑l的液面保持在預定範圍，可以暴露冷凍劑容器的一部分，以便能夠在冷凍劑容器300中溫度梯度部上部的部分區域人為地進行來自外部環境的熱滲透或熱吸收。

本發明的超導裝置之終端設備的真空容器400可以構成為，以使收納極低溫液態冷凍劑l和氣態冷凍劑g的冷凍劑容器300上端的下部區域310的一部分暴露於外部的方式，包圍冷凍劑容器300。

在此，冷凍劑容器300上端的下部區域310是指，具有密封構件600的冷凍劑容器300上端以下的區域，下面稱為「冷凍劑容器300的上端下部區域310」。

若冷凍劑容器300的上端下部區域310暴露在外部即常溫環境下，則有可能發生來自比極低溫狀態的冷凍劑處於相對高溫的外部環境的熱傳遞或熱滲透。

透過這樣的結構，可以使未被真空容器遮蔽的冷凍劑容器300上部的部分區域、即上端區域暴露於常溫環境。

若使冷凍劑容器300上部的上端下部區域310暴露於常溫，則有可能發生從常溫環境直接向冷凍劑容器300側的熱滲透。

透過這種人工熱滲透，此區域內側的氣態冷凍劑吸熱而使液面ls下降一定程度，從而能夠防止液態冷凍劑l的液面ls接近密封構件600或O型圈等氣密構件。

本發明的超導裝置之終端設備雖然具有用於人工下降液態冷凍劑液面位置的電加熱器，而電加熱器不動作的情況下，也可以透過冷凍劑容器300上部的上端下部區域310的熱滲透，能夠阻止一定程度的液面上升。

因此，本發明的超導裝置之終端設備，即使具有電加熱器，也為了最大限度地減少電加熱器動作，可以具有冷凍劑容器300的上端下部區域310暴露於真空容器400外部的結構。

用作冷卻超導體的冷凍劑可以使用氮，由於氮的沸點為-196度，所以容納有氣態冷凍劑的冷凍劑容器300上部的一部分只要暴露於常溫環境，就可以實現液態冷凍劑氣化及液面ls下降。

即，透過使冷凍劑容器300上部的一部分暴露於常溫環境而被傳遞到冷凍劑容器300的熱，可用於氣化液面ls附近冷凍劑。

在此，暴露於外部的冷凍劑容器300的上端下部區域310的高度h與冷凍劑容器300的上端下部區域310的表面積成比例，暴露於常溫環境的表面積與每單位時間向冷凍劑側傳遞的熱量成比例。因此，冷凍劑容器300的上端下部區域310的高度h可以考慮外部環境溫度等來決定，以使容納於冷凍劑容器300中的液態冷凍劑的液面位於包裹導體線的套管的下端部與密封構件600之間的範圍內。當然，當液面接近密封構件600附近時，可能發生氣密性等問題，因此優選具有足夠的下方餘量。

冷凍劑容器300的上端下部區域310只要暴露一點點，則能夠減少安裝在冷凍劑容器300上動作的電加熱器的數量、電加熱器的動作時間或動作次數。

在第5圖所示的實施例中，也可以控制為，使多個電加熱器中位於最上部的第一電加熱器500(1)作為主要電加熱器常時動作或單獨動作，而第二和第三電加熱器500(2)、500(3)作為輔助液面位置調節裝置進行動作。

第5圖所示實施例的第一電加熱器500(1)與第二和第三電加熱器500(2)、500(3)不同，設在向外部暴露的冷凍劑容器300的上端下部區域310，因此，在冷凍劑容器300的上端下部區域310，可以透過自然熱滲透和電加熱器加熱來氣化容納於內部的液面上的液態冷凍劑的方法，以迅速下降液態冷凍劑的液面。

此外，若將電加熱器安裝在冷凍劑容器300中冷凍劑容器300的上端下部區域310，則便於維護電加熱器等，例如發生故障時便於維修或交換。

因此，安裝多個電加熱器時，優選至少一個電加熱器安裝在暴露於外部的冷凍劑容器300的上端下部區域310，以便能夠進行來自常溫環境的熱滲透。

即，作為動作時間長或動作次數多的主要液面位置調節裝置，優選使用暴露於真空容器外側的電加熱器，而不是設在真空容器內側的電加熱器。

而且，僅安裝一個電加熱器時，只要冷凍劑容器的一部分暴露於常溫，則從電加熱器的維護方面考慮，電加熱器優選安裝在暴露於常溫的冷凍劑容器表面上。

但是，使容納冷凍劑的冷凍劑容器300的一部分暴露於常溫環境的方法，並不是必須與以電加熱器形式構成的液面位置調節裝置一同構成，也可以作為輔助手段。

即，也可根據設置超導裝置之終端設備1000的地域氣候或天氣變化等，可以選擇性地或同時使用。

例如，在季節變化並不顯著的地域，對暴露於常溫環境的冷凍劑容器300的面積等進行最優化，來控制冷凍劑的液面ls位置位於上述預定範圍，從而能夠減少電加熱器的動作。

若常溫環境為季節變化或日溫差引起的常溫環境的溫度變化大時，優選調節暴露於常溫環境的冷凍劑容器300面積，使得電加熱器的動作在液面位置調節上起到主要作用。

第6圖為本發明的超導裝置之終端設備1000的另一實施例。省略與參照第1圖至第5圖說明重複說明的部分。

第6圖所示的超導裝置之終端設備1000包含：冷凍劑容器300，在其下部容納液態冷凍劑，而在液態冷凍劑的液面上部容納氣態冷凍劑；至少一個電加熱器500，設在冷凍劑容器；至少一個溫度感測器T，設在冷凍劑容器，用於測量冷凍劑容器的溫度或容納於冷凍劑容器中的冷凍劑的溫度；控制部(未圖示)，根據由溫度感測器感測的感測資訊的液面位置來控制電加熱器；第一導體線210，連接於超導設備的超導體側，下部浸漬在容納於冷凍劑容器中的液態冷凍劑中，上部向容納有氣態冷凍劑的冷凍劑容器上部延伸；密封構件，用於密閉冷凍劑容器的上端；第二導體線810，以密封構件作為介質與第一導體線可拆裝地連接，並向上方延伸；常溫部管體700，可拆裝地安裝於密封構件，包圍第二導體線810，在其內部容納絕緣油或絕緣氣體。

第6圖所示的超導裝置之終端設備1000與第4圖或第5圖所示的超導裝置之終端設備同樣，第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)以彼此不同高度並列安裝在冷凍劑容器300的溫度梯度部區域，而分別在第一至第三電加熱器500(1)、500(2)、500(3)臨近位置，設有第一至第三溫度感測器T1、T2、T3，從而測量隨溫度梯度部B高度變化的溫度感測器安裝部位的冷凍劑容器300的表面溫度，而且為了分別測量容納於冷凍劑容器300中的液態冷凍劑和氣態冷凍劑的壓力，可以具有第一和第二壓力感測器P1、P2。

第一壓力感測器P1可以設置在冷凍劑容器300中的溫度梯度部B，以便測量其內部的氣態冷凍劑的壓力，第二壓力感測器P2可以設置在冷凍劑容器300中的極低溫部C，以便測量其內部的液態冷凍劑的壓力。

此外，在第6圖所示的實施例中，也可以控制為，使多個電加熱器中位於最上部的第一電加熱器500(1)作為主要電加熱器常時動作或單獨動作，而第二和第三電加熱器500(2)、500(3)作為輔助液面位置調節裝置動作。

第6圖所示實施例的第一電加熱器500(1)與第二和第三電加熱器500(2)、500(3)不同，設在向外部暴露的冷凍劑容器300的上端下部區域310，所以冷凍劑容器300的上端下部區域310可以同時進行自然熱滲透和電加熱器加熱，從而能夠使液態冷凍劑的液面迅速下降。

在第1圖至第5圖所示的實施例中，與超導設備的超導體連接的導體線貫穿密封構件600而向常溫部A側延伸。

即，第1圖至第5圖所示的超導裝置之終端設備1000，按區域分隔成常溫部A、溫度梯度部B、極低溫部C，而導體線為一根，因此，不容易分開常溫部A和溫度梯度部B。

因此，第1圖至第5圖所示的超導裝置之終端設備1000，導體線等未分開，所以為了與外部設備或其他連接盒連接，終端結構可能變得複雜，可能佔用大量體積，導致絕緣脆弱部位等的增加。

第6圖所示的實施例為瞭解決這些問題，溫度梯度部B和常溫部A可拆裝地構成。

即，採用常溫部A以密封構件600為界可拆裝的結構。

要使常溫部A可從溫度梯度部B拆裝，沿著第1圖至第5圖所示實施例的極低溫部C、溫度梯度部B和常溫部A配置並引出至常溫環境的導體線就不能是一根導體線。

因此，第6圖所示的實施例，第一導體線210配置在極低溫部C和溫度梯度部B、即冷凍劑容器300側，而第二導體線810以密封構件600為介質配置在構成常溫部A的常溫部管體700側。而且，可以採用使第一導體線210和第二導體線810在密封構件700中連接的方法。

即，以超導裝置之終端設備1000所具有的導體線採用兩個分離的導體線210、810的方法儲存冷凍劑，從而能夠對被密封構件600密閉的冷凍劑容器300和常溫部A進行分離。

而且，構成本發明的超導裝置之終端設備1000的密封構件600可以包含導電性連接器610，用於結合第一和第二導體線210、810彼此的同時進行電連接。

密封構件600可以由環氧樹脂等材料構成，導電性連接器610可以由上下貫穿密封構件600的導電金屬材料構成。

第一導體線210和第二導體線810可以透過螺栓等緊固構件分別結合在導電性連接器610的下表面和上表面。

此外，冷凍劑容器300的上端和常溫部管體700的下端可以具有法蘭結構，以便能夠將冷凍劑容器300的上端320、密封構件600邊緣和常溫部管體700的下端710透過螺栓等緊固構件結合在一起。

配置在常溫部A內部且結合於密封構件600的第二導體線810也可以具有套管820，在常溫部管體700內部可以容納有絕緣油或絕緣氣體。

因此，構成常溫部A的第二導體線810和常溫部管體700可以從密封構件600分離，可易於與其他外部設備連接，不需要單獨的連接盒，可容易變更終端連接盒的用途。

第7圖為本發明的超導裝置之終端設備的框圖。

如第7圖所示，本發明的超導裝置之終端設備具有至少一個溫度感測器和/或至少一個壓力感測器。

此外，本發明的超導裝置之終端設備可以具有控制部，控制部根據溫度感測器或壓力感測器所感測的感測資訊的液面位置來控制電加熱器。也可以具有至少一個電加熱器。

第7圖所示的本發明的超導裝置之終端設備1000分別具有p個溫度感測器T1、T2...Tp和q個壓力感測器P1、P2...Pq，可以根據分別透過溫度感測器和壓力感測器測得的溫度和壓力判斷的液態冷凍劑的液面位置來分別控制r個電加熱器500(1)、500(2)...500(r)。

超導裝置之終端設備1000的控制部對電加熱器500(1)、500(2)...500(r)進行控制時的控制變數可以為電加熱器500(1)、500(2)...500(r)的動作起始時間點、動作時間、單位時間發熱量等。

作為控制部對電加熱器500(1)、500(2)...500(r)的控制變數的單位時間發熱量，可以透過調節向構成電加熱器500(1)、500(2)...500(r)的加熱器所供給的電能大小的方法來進行。

而且，當具有超導設備的冷凍劑容器上端下部暴露於外部的結構時，控制部可以控制成，使暴露於真空容器外側的電加熱器作為主要電加熱器動作，並使主要電加熱器的動作時間長於其餘電加熱器的動作時間，或使主要電加熱器的動作起始時間點早於其餘電加熱器的動作起始時間點，或使主要電加熱器的單位時間發熱量大於其餘電加熱器的單位時間發熱量。

當具有多個電加熱器500(1)、500(2)...500(r)時，若各電加熱器500(1)、500(2)...500(r)具有相同輸出功率時，超導裝置之終端設備中可使用電加熱器產生的單位時間發熱量由多個電加熱器中動作的電加熱器的數量來決定，但是，若能調節各電加熱器的功率時，單位時間發熱量也可以透過調節各電加熱器的功率來進行微調。

而且，用於控制電加熱器500(1)、500(2)...500(r)的控制部可以構成為能夠獨立控制各電加熱器500(1)、500(2)...500(r)，如上所述，可以使多個電加熱器500(1)、500(2)...500(r)中至少一個液面位置調節裝置的動作起始時間點、動作時間、單位時間發熱量與其餘液面位置調節裝置不同。

如上所述，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，作為液面位置調節裝置具有電加熱器等，可以人工調節液態冷凍劑的液面位置。

此外，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，透過由溫度感測器和壓力感測器所感測的溫度或壓力，可以準確地判斷液態冷凍劑的液面位置，從而能夠準確地掌握基於電加熱器動作的液面位置變化，精確地調節液態冷凍劑的液面位置。

此外，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，可以透過使冷凍劑容器的上端區域部分暴露於常溫環境，從而能夠在一定程度上緩解液面上升帶來的問題。

此外，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，可以根據設置超導裝置之終端設備的環境來調節暴露於真空容器外部的冷凍劑容器的面積等，從而能夠根據常溫環境最佳化液態冷凍劑的液面高度。

此外，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，能夠緩解液面上升，從而能夠避免密封構件或O型圈等氣密構件暴露於極低溫冷凍劑中時可能發生的氣密性或耐久性等問題。

此外，根據本發明較佳實施例的超導裝置之終端設備，構成常溫部的常溫部管體和在其內部具有的導體線可從用於密閉冷凍劑容器所具有的密封構件等拆裝，從而易於與其他外部設備連接，不需要單獨的連接盒等，能夠容易實現變更終端連接盒的用途。

雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。