WO2002065605A1

WO2002065605A1 - Structure terminale d"equipement basse temperature extreme

Info

Publication number: WO2002065605A1
Application number: PCT/JP2002/001177
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Ashibe; Masayuki Hirose; Kouhei Furukawa; Yoshihisa Takahashi; Kimiyoshi Matsuo; Shoichi Honjo; Tomoo Mimura; Terumitsu Aiba
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.; The Tokyo Electric Power Company, Incorporated
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2002-08-22
Also published as: EP1283576A4; US6888060B2; KR20030011819A; CN1457541A; CN100356646C; US20030154727A1; KR100642538B1; EP1283576B1; EP1283576A1

Description

明細極低温機器の端末構造技術分野

本発明は、極低温機器の導体を極低温から常温に引き出す端末構造に関するものである。特に、断熱性あるいは絶縁性能にすぐれた端末構造に関するものである。

背景技術

図 7は従来の極低温機器用端末構造を示す概略図である。

この端末構造は、極低温機器 1 0 0 (図示せず）の端末と、その端末が収納される冷媒槽 1 0と、極低温機器 2 0の導体から常温部へ電気的導通をとるブッシング 3 0と、冷媒槽 1 0の外側を覆う真空容器 2 0と、真空容器 2 0の上部に突出して接続される碍子 4 0とを具える。

極低温機器 1 0 0より導入された超電導導体にはほぼ直角方向にプッシング 3 0が接続されている。プッシング 3 0は中心に導体を有し、その周囲にェチレンプロピレンゴムなどの固体絶縁を被覆したもので、真空容器 2 0と碍子 4◦との接合面を貫通して碍子 4 0内に収納されている。碍子 4 0の内部には絶縁油や六弗化硫黄 SF ₆などの絶縁流体 4 3が充填されている。

冷媒槽内には供給管 2 2より補給される液体窒素 1 1が蓄えられると共に、上部は窒素ガス溜まり 1 5となっている。この窒素ガスの排出はガス排出口 1 4から行える。

従って、このような端末構造では、極低温機器 1 0 0から碍子 4 0に至る導通部はケーブル 8 0側から順に液体窒素 1 1に浸漬された極低温部、窒素ガス溜まり 1 5、碍子内の常温部を通ることになる。

しかし、上記の端末構造では次のような問題があつた。

①常温部 4 0 0から極低温部 2 0 0への熱侵入が大きい。

液体窒素 1 1の液面と真空容器 2 0上面との間に窒素ガス溜まり 1 5が存在すると、窒素ガスの対流により、真空容器 2 0から常温部 4 0 0に熱伝導が発生するためである。その熱伝導分、液体窒素温度が上がり、その対策として温度上昇分を冷却する結果、冷却に必要なエネルギーがロスとなってシステム全体の損失増を招く。

②冷媒槽をクローズドシステムによる循環冷却とすることが難しい。

通常、プッシング 3 0の一部を冷媒に浸潰しており、この浸漬必要範囲を維持するために液体窒素 1 1の液面を管理している。冷媒槽がオープンシステムの場合、液体窒素 1 1を補給することで液面を維持することができるが、そのまま供給管 2 2と排出口 1 4を閉じて循環冷却しただけでは圧力変化や侵入熱の変化などで液面を管理することが難しい。

一方、極低温機器 1 0 0の超電導導体につながる接続ケーブル（導体） 8 0はほぼ直角方向にプッシング 3 0が接続されている。プッシング 3 0は、例えばステンレス管の中心に銅などの導体を挿入し、ステンレス管の外周にエチレンプロピレンゴムなどの固体絶縁を被覆したものである。プッシング 3 0の一端は冷媒中に浸漬され、他端は真空容器 2 0と碍子 4 0との接合面を貫通して碍子 4 0 内に収納されている。碍子 4 0の内部には絶縁油や SF₆などの絶縁流体 6 0が充填されており、絶縁油を充填した場合は、上部にガス溜りを形成する場合もある。ステンレス管の内部には極低温から常温につながる空間が存在し、この空間が前記ガス溜りに連通している場合としていない場合がある。

冷媒槽 1 0内には供給管 2 2より補給される液体窒素 1 1が蓄えられると共に、上部は窒素ガス溜まり部 1 3となっている。この窒素ガスの排出はガス排出口 1 4から行うことができる。

従って、このような端末構造では、極低温機器 1 0 0から碍子 4 0に至る導通部はケ一ブル側から順に液体窒素 1 1に浸潰された極低温部 2 0 0、窒素ガス溜まり部 1 3、碍子 4 0内の常温部 4 0 0を通ることになる。

しかし、上記の端末構造ではさらに次のような問題があった。

③プヅシング 3 0内部の空間と碍子 4 0内のガス溜り 4 2が連通している場合、絶縁性能の低下を招くことがある。プッシング 3 0内に極低温から常温につながる空間が存在するため、その内部に空気が存在すると、極低温温度により空気の液化 ·凍結が発生し、容積が大幅に減じる。その結果、碍子 4 0内が負圧になり絶縁性能の低下につながる。

プッシング 3 0の空間内ガスの体積変化に追従できるようにガス供給装置を接続することも考えられるが、ガス注入口 2 2が高電圧部となるため、課電停止 · 配管着脱が必要となり、現実的でない。

プッシング 3 0の空間にガス供給は行わず、予めプッシング 3 0内の空間および碍子 4 0内のガス溜り 4 2を高圧力にしておき、冷却による圧力低下によっても絶縁性能に影響しないようにすることも考えられる。しかし、絶縁性能に影響しない程度の圧力を冷却後に確保しょうとすれば冷却前の圧力が過大となり、現実的でない。

④プッシング 3 0内の空間と碍子 4 0内のガス溜り 4 2とが連通していない場合、プッシング内の過大な圧力変化に伴って機械的破損を招くことがある。

プッシング 3 0内の空間と碍子 4 0内のガス溜り 4 2とが連通していない構成では、一般にプッシング 3 0内部の空間は封止されており、上述の負圧に伴う絶縁性能の低下は問題にならない。しかし、プッシング 3 0内部の空間の封止が完全でないことも予想され、その場合は僅かながらも空間とガス溜り 4 2との連通が生じる可能性がある。長期的に見れば、プッシング 3 0の空間内のガスが液化して負圧になり、その状態で徐々にガス溜り 4 2の空気がプッシング 3 0内部に吸い込まれることが考えられる。そして、ガス溜りからプッシング 3 0内の空間に吸い込まれた空気が液化してしまうと、常温に復帰する際に非常に大きな圧力となり、プッシング 3 0を機械的に破損してしまう原因となる。

発明の開示

本発明の第 1の目的は、断熱性にすぐれた極低温機器の端末構造を提供することにある。

また、本発明の第 2の目的は、プッシングなどの導体部内部に液化物が発生することを防止し、それに伴う絶縁性能の低下および導体部内部の過大な圧力変化を抑制できる極低温機器の端末構造を提供することにある。そこで本発明は、極低温部と常温部との間に断熱的に接続された接続断熱部を設けることで上記の目的を達成する。

すなわち、本発明端末構造は、極低温機器の端末を極低温部から常温部にブッシングを介して引き出す極低温機器の端末構造であって、前記極低温部と常温部との間で前記プッシングの外周に沿って、前記極低温部と常温部とに対し断熱的に接続された接続接続断熱部を設けたことを特徴とする。

極低温部と常温部との間に断熱的に接続された接続断熱部を介在させることで、従来窒素ガス部で問題となった窒素ガスの対流による極低温部と常温部との間での熱伝導を回避し、高い断熱性を実現することができる。この高い断熱性に対応して、クローズドシステムによる循環冷却を容易に実現することができる。

前記接続断熱部は、極低温部を熱的にシールする極低温側フランジと、常温部を熱的にシ一ルする常温側フランジとの間に形成することが好ましい。これら両フランジは前記ブッシングの外周に突出して接続されている。

その際、一方のフランジを真空容器または冷媒槽に対して固定し、他方のフランジを可動に構成することが好ましい。これにより.、プッシングの熱伸縮に対応してフランジを可動とし、いずれかのフランジに過大な応力がかかることを防止する。通常は極低温側フランジを固定し、常温側フランジを可動とすることが好ましい。

また、接続断熱部は、互いに区画された内層部と外層部の 2重構造とすることが好適である。その場合、内層部、外層部を共に真空にする場合と、内層部のみに気体を充填する場合とがある。

内外層部を共に真空にした場合、冷媒の充填された極低温部の方が高圧のため、極低温部の冷媒が接続断熱部に漏洩することも考えられる。その場合でも内層部のみの限られた区間に冷媒が充満するだけで、極低温部と常温部との間は外層部の真空により断熱されるため、断熱性の低下を最小限に抑えることができる。従つて、内層部は小さな空間にすることが好ましい。

一方、内層部のみに気体を充填する場合、その気体は極低温部の冷媒よりも沸点が低く、気体の圧力は極低温部の冷媒圧力と実質的に等圧であることが好ましい。内層部を極低温部と等圧にしておけば、極低温部から内層部への冷媒の漏洩を防止することができる。また、気体の沸点を極低温部の冷媒の沸点よりも低くしておけば、万一内層部に冷媒が漏洩してきても、気体が液化または固化されることがない。極低温部の冷媒を液体窒素とした場合、内層部に充填する気体はへリウム Heなどが好ましい。

また、内層部の圧力を検知する手段を具えておけば、極低温部からの冷媒の漏洩に伴って内層部の圧力上昇を検知でき、泠媒の漏洩が生じたことを監視することができる。

フランジはブヅシングと接着可能な材質で構成することが好ましい。例えば、プッシングの主材料が強化繊維プラスチック（FRP)で、フランジの主材料が強化繊維プラスチックに接着可能なプラスチック（エポキシ樹脂など）とすることが挙げられる。

本発明端末構造を適用する極低温機器としては、超電導ケーブル、超電導電力貯蔵機器（SMES： Superconducting magnetic energy storage), 超電導限流器などが挙げられる。特に、本発明端末構造は、長距離の冷却を行うためにクロ一ズドシステムによる循環冷却が必要とされる超電導ケーブルの端末構造に最適である。

さらに、ここでこのプッシングは、前記極低温部から常温部に引き出される導体部と、前記導体部の外周に沿つて極低温部から常温部につながる外周気相空間を具備するようにしてもよい。

そしてこの外周気相空間は、極低温で液化しない気体を充填せしめられているのが望ましい。

また、前記気体はヘリウムであるのが望ましい。

さらにまたこの外周気相空間は、真空とするようにしてもよい。

また本発明の第 2では、導体部の長手方向に沿って、内部の空間に充填する気体を限定したり、その空間を真空にすることで圧力を一定に維持し、導体部被覆が損傷を受け導通不良を起こすのを防止し、上記の第 2の目的を達成する。本発明の第 2は、極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、前記導体部は極低温部から常温部につながる領域で、気相空間をもつように被覆されていることを特徴とする。

望ましくは、極低温部から常温部につながる領域で導体部が、気相空間をもつように被覆されており、この空間に、極低温で液化しない気体が充填されていることを特徴とする。

この場合に用いる気体の具体例としてはヘリウムが挙げられる。

また、望ましくは、極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、前記導体部は極低温部から常温部につ-ながる気相空間をもつように被覆されており、この空間が真空に保持されていることも特徴とする。

極低温部から常温部につながる領域で導体部が気相空間をもつように被覆されており、この気相空間内を極低温で液化しない気体で充填するか真空とすることで、極低温温度によっても空間内に液化物が発生することを抑制し、導体部内の減圧に伴う絶縁性能の低下や導体部内の過大な圧力変化を防止することができる c 本発明端末構造のより具体的な各部の構成を説明する。

導体部は、中空パイプを具えるものや、中空パイプの内部に銅などの良導性の電流リードを挿入したもののいずれでも構わない。導体部の内部に極低温部から常温部につながる空間が形成されたものとする。通常、中空パイプの外周にゴム、エポキシ樹脂などの固体絶縁が施される。絶縁電流リードの形態は、棒、パイプ、撚り線などが挙げられる。

極低温部は、液体窒素などの冷媒により極低温状態に保持される構造であれば特に限定されない。代表的な構成としては、冷媒を貯える冷媒槽と、その外周を真空に保持する真空容器を具えるものが挙げられる。

常温部は、碍子やエポキシ套管などの絶縁外被のほぼ中心に導体部が貫通され、絶縁外被と導体部との間の空間に絶縁流体が充填された構成が挙げられる。絶縁流体には、絶縁油などの液体や SF ₆などのガスが利用できる。絶緣油を用いた場合、一般に絶縁外被内に絶縁油溜まりと、その上部に形成される空隙部とを具える。この空隙部と導体部内の空間とが連通している場合、導体部内の空間および前記空隙部を極低温で液化しない気体で充填する。それにより、導体部内に極低温で液化物が発生することを防止し、導体部内および空隙部内が負圧となることに伴って絶縁性能が低下することを防止する。

絶縁油溜まりの上部に形成される空隙部と導体部内の空間とが連通しない場合、導体部内の空間を真空にするか極低温で液化しない気体で充填すれば良い。この構成は、導体部内の空間を溶接などにより密封することで実現すれば良い。それにより、導体部内に極低温で液化物が発生することを防止し、プッシング内の過大な圧力変化を抑制して、プッシングの機械的破損を防止する。

本発明端末構造を適用する極低温機器としては、超電導ケーブル、超電導磁気エネノレギ——貯蔵 (SMES： Superconducting magnetic energy storage system^ 超電導限流器などが挙げられる。特に、本発明端末構造は、長距離の冷却を行うためにクローズドシステムによる循環冷却が必要とされる超電導ケーブルの端末構造に最適である。

図面の簡単な.説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態の端末構造の概略図である。

図 2は、本発明の第 1の実施の形態の端末構造に用いるブッシングの一例を示す側面図である。

図 3は、本発明の第 2の実施の形態の端末構造の概略断面図である。

図 4は、本発明の第 3の実施の形態の端末構造における常温部の部分断面図である。

図 5は、本発明の第 4の実施の形態の端末構造における常温部の部分断面図である。

図 6は、本発明の第 5の実施の形態の端末構造における常温部の概略断面図である。

図 7は、従来の端末構造を示す概略図である。

図中、 1 0 冷媒槽、 1 1 液体窒素、 1 3 下部シールド、 1 4 ガス排出口、 1 5 窒素ガス溜り、 1 0 0 極低温機器、 2 0 真空容器、 3 0 プッシング、 31 本体、 32 極低温側フランジ、 33 常温側フランジ、 3 上部シールド、 71 内層部、 72 外層部、 73A，73B フレキシブル管、 40 碍子、 41 シリコン油、 42 ガス溜まり、 43 絶縁流体、 110 冷媒槽、 111 液体窒素、 112 液体窒素部、 11 3 窒素ガス溜まり部、 120 真空容器、 130 プッシング、 131 ステンレスパイプ、 132 固体絶縁層、 133 電流リード、 134 空間、 135 極低温側フランジ、 136 常温側フランジ、 137 フランジ、 140 碍子、 141 絶縁油たまり、 142 空隙部、 143 SF ₆ガス、 150 フレキシブル管、 160 絶縁流体、 22、 23 供給管、 80 接続導体、 100 極低温機器、 200 極低温部、 300 接続断熱部、 400 常温部発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を説明する。

(第 1の実施の形態） .

ここでは、超電導ケ一ブルの端末構造を例として説明する。図 1は本発明端末構造の概略図である。この端末構造は、冷媒槽 10内の液体窒素 11に浸潰された極低温部と、碍子 40に収納された常温部 400と、極低温部 200と常温部 400の間に形成された接続断熱部 300とを具える。

真空容器 20は超電導ケーブルの断熱管（図示せず）と接続され、真空容器 2 0、断熱管との接続個所および断熱管の内部が真空に保持される。本例では、真空容器 20の閧口径を 600腿とした。

冷媒槽 10には超電導ケーブル 40の導体につながる接続導体 41が導入される。冷媒槽 10は、内部に液体窒素 11が密閉される円筒管である。そのサイズはブヅシング側、ケーブル側共に 400mmとした。

この冷媒槽 10内で、接続導体 41はプッシング 30の端部とほぼ直角に接続される。この接続個所は下部シールド 13内に収納する。

プッシング 30は、ステンレスパイプの外周に FRPと箔電極とを積層した両端部がテーパー状の棒状体である。 FRPと箔電極との積層はいわゆるコンデンサー方式の電界緩和手段である。テーパー構造、コンデンサー方式の電界緩和手段はプッシングの一例であり、本発明の構成を限定するものではない。直管構造のブッシングでも良いし、ストレスコーン方式の電界緩和手段を用いてもよい。

プッシング 3 0の一例を図 2に示す。ブヅシング本体 3 1の外周には一対のフランジ 3 2、 3 3を一体化した。下方のフランジが極低温側フランジ 3 2で、上方のフランジが常温側フランジ 3 3である。

フランジ 3 2、 3 3は本体 3 1にねじ嵌合して接着で一体化するため、本体外周の材料と接着しやすいものを選択する。ここでは、極低温側フランジ 3 2を FRP 製に、常温側フランジ 3 3をステンレス製とした。プッシング 3 0の上端には、銅またはアルミ製の上部シールド 3 4が形成されている。

このような常温側フランジ 3 3で真空容器 2 0の上端を封止し、さらに極低温側フランジ 3 2で冷媒槽 1 0の上端を封止することで、極低温側フランジ 3 2 と常温側フランジ 3 3との間に形成される空間を接続断熱部 3 0 0とする（図ここで、常温側フランジ 3 3を波付け加工したフレキシブル管 7 3 A、 7 3 B を用いて可動式に構成し、プッシング 3 0の熱伸縮に対応して常温側フランジ 3 3を可動とし、極低温側フランジ 3 2に過大な応力がかかることを防止する。例えば、冷媒槽 1 0の上端に極低温側フランジ 3 2を固定し、同フランジ 3 2を取り囲むフレキシブル管 Ί 3 Aの下端を冷媒槽 1 0の上端に固定する。フレキシブル管 7 3 Aの上端は常温側フランジ 3 3に固定され、さらにフレキシブル管 7 3 Bの下端がフレキシブル管 7 3 Aの上端に連結される。そして、フレキシブル管 Ί 3 Bの上端を真空容器 2 0の上端に固定する。

この構成において、フレキシブル管 7 3 Aにより、接続断熱部が内層部 7 1と外層部 Ί 2とに分割される。内層部 Ί 1は外層部 Ί 2に取り囲まれる小さな空間である。

冷媒槽 1 0には液体窒素 1 1が貯留されて加圧循環されるため、冷媒槽 1 0 と真空容器 2おとの間の真空に保持された空間に比べれば冷媒層 1 0は高圧である。そこで、接続断熱部を内層部 7 1と外層部 7 2の二重構造としておけば、万一冷媒槽 1 0からの冷媒の漏洩があっても内層部 7 1内の漏洩にとどまり、内層部 7 1の断熱性能が低下するのみで、外層部 7 2による真空は保持されるため、端末構造全体としての断熱性は十分に保持される。

ここで、内層部 7 1の圧力検知手段を設けて内層部 7 1の圧力変化を監視すれば、圧力が増加したことで冷媒槽 1 0から泠媒の漏れがあったことを検知することもできる。

さらに、内層部 7 1を真空にする代わりに、内部に気体を充填'しても良い。その際の気体の圧力は、冷媒槽 1 0の液体窒素の圧力とほぼ等圧とする。これにより、冷媒槽内と内層部内は等圧に保持され、冷媒槽 1 0からの冷媒の漏洩を抑制できる。用いる気体は、泠媒である窒素の沸点よりも低い沸点のもの、例えばへリウムとする。万一内層部 7 1に冷媒が漏洩してきても、冷媒の温度によって気体が液化または固化されることがない。

以上の説明は二重構造の接続断熱部について行ったが、図 1において、フレキシブル管 7 3 Aを取り外して単一層の接続断熱部としても良い。この場合でも、常温側フランジ 3 3はフレキシブル管 Ί 3 Bに連結されるため、プッシングの熱伸縮に対応して可動とすることができる。

そして、図 1に示すように、碍子 4 0内では、プッシング 3 0との間の空間に、プッシング外面および碍子内面の電気的沿面強度を向上させる目的でシリコン油 4 1を充填すると共に、上部にはシリコン油の温度変化に伴う体積変化に対応するためのガス溜まり 4 2を設けた。ガス溜まり 4 2のガスは、端末構造に液体窒素が充填されたときにガスが液化することを考慮して、液体窒素温度でも液化しない Heガスとした。

このような接続断熱部を設けることで、極低温部と常温部との間の断熱性を高め、非常に断熱性に優れた極低温機器の端末構造を実現できる。また、冷媒槽を密閉して冷媒を補給することなく、循璟させて冷却するクローズドシステムの端末構造を構成できる。

以上説明したように、本発明によれば、極低温機器の端末構造で、極低温部と常温部との間に接続断熱部を形成することで高い耐熱性を実現でき、クローズドシステムによる冷媒非補給方式の循環冷却を可能にする。

(第 2の実施の形態）

ここでは、超電導ケーブルの端末構造を例として説明する。図 3は本発明端末構造の概略図である。この端末構造は、冷媒槽 1 1 0内の液体窒素 1 1 1に浸漬された極低温部 2 0 0と、碍子 1 4 0に収納された常温部 4 0 0と、極低温部と常温部の間に形成された接続断熱部 3 0 0とを具える。

極低温部 2 0 0を構成する冷媒槽 1 1 0には、図示しない超電導ケーブルの導体につながる接続導体が真空容器 1 2 0を経て導入される。冷媒槽 1 1 0は、内部に液体窒素 1 1 1が密閉される円筒管である。前記の接続導体は泠媒槽内でブヅシング 1 3 0 (導体部）に接続される。

このような冷媒槽 1 1 0は、真空容器 1 2 0内に収納されている。真空容器 1 2 0はその内部を所定の真空状態に維持できるよう構成され、図示しない真空容器 1 2 0の下端部は超電導ケーブルの断熱管（図示せず）と接続されている。真空容器と断熱管との接続個所および断熱管の内部も真空に保持される。

一方、真空容器 1 2 0の上部には碍子 1 4 0が固定されて常温部を構成している。碍子 1 4 0は内部に後述するプッシング 1 3 0が収納されると共に、碍子内とプッシング 1 3 0との間に絶縁油が充填された絶縁油溜まり 1 4 1と、その上部に形成される空隙部 1 4 2と具えている。ここで絶縁油としては、シリコンァルキルベンゼン、ポリブテンなどの油が用いられる。

プッシング 1 3 0は、前記第 1の実施の形態で説明したのと同様に形成されるが、プッシングの一端は液体窒素 1 1 1中に浸漬され、他端は碍子 1 4 0内に導入されている。 FRPと箔電極との積層はいわゆるコンデンサー方式の電界緩和手段である。ステンレスパイプ 1 3 1の内部には、電流リード 1 3 3となる銅パイプが挿入されている。テーパー構造、コンデンサ一方式の電界緩和手段はブヅシングの一例であり、本発明の構成を限定するものではない。直管構造のブッシングでも良いし、ストレスコ一ン方式の電界緩和手段を用いてもよい。

ステンレスパイプ 1 3 1内には極低温部から常温部につながる空間 1 3 4が形成されている。この空間 1 3 4は絶縁油溜まり上部の空隙部 1 4 2に連通されており、内部に極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。極低温温度は、通常は用いる冷媒の温度のことである。一般に冷媒は、ヘリウムよりも沸点の高いもの、例えば液体窒素が好ましい。大気圧で N₂の沸点は 7 7 . 3 Kである。この構成により、プッシング内部に極低温で液化物が発生することを防止し、空間内および空隙部内が負圧となることに伴って絶縁性能が低下することを防止する _c

—方、プッシング 1 3 0の外周には、一対のフランジ 1 3 5、 1 3 6を一体化した。下方のフランジが極低温側フランジ 1 3 5で、上方のフランジが常温側フランジ 1 3 6である。

フランジ 1 3 5、 1 3 6は固体絶縁層 3 2にねじ嵌合して接着で一体化するため、固体絶縁層外周の材料と接着しやすいものを選択する。ここでは、極低温側フランジ 1 3 5を FRP製に、常温側フランジ 1 3 6をステンレス製とした。

このような常温側フランジ 1 3 6で真空容器 1 2 0の上端を封止し、さらに極低温側フランジ 1 3 5で冷媒槽 1 1 0の上端を封止することで、極低温側フランジ 1 3 5と常温側フランジ 1 3 6との間に形成される空間を接続断熱部とする。ここで、常温側フランジ 1 3 6を波付け加工したフレキシブル管 1 5 0を用いて可動式に構成し、プッシング 1 3 0の熱伸縮に対応して常温側フランジ 1 3 6 を可動とし、極低温側フランジ 1 3 5に過大な応力がかかることを防止する。例えば、冷媒槽 1 1 0の上端に極低温側フランジ 1 3 5を固定する。フレキシブル管 1 5 0の上端は常温側フランジ 1 3 6に固定され、さらにフレキシブル管 1 5 0の下端が真空容器 1 2 0の上端に連結される。

このような接続断熱部 3 0 0を設けることで、極低温部 2 0 0と常温部 4 0 0 との間の断熱性を高め、非常に断熱性に優れた極低温機器 1 0 0の端末構造を実現できる。また、冷媒槽 1 1 0を密閉して冷媒 1 1 1を非補給 '循環させて冷却するクローズドシステムの端末構造を構成できる。

(第 3の実施の形態）

次に、常温部の構成が異なる実施の形態を図 4に示す。第 3の実施の形態は、常温部の端部の構成が異なるだけで、他の構成は第 1の実施の形態と同様であるため、主に相違点について説明する。

この常温部は、碍子内にブヅシング 1 3 0が収納されているが、プッシング内部に形成された空間 1 3 4が絶縁油溜まり上部に形成された空隙部 1 4 2と連通していない構成である。この場合、プッシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。プッシング内の空間はステンレスパイブ 1 3 1の端部を溶接することなどにより封止する。この構成により、ブヅシング内部に液化物が生じることを抑制し、ブッシング内の過大な圧力変化を抑制して、プッシングの機械的破損を防止する。

(第 4の実施の形態）

次に、常温部の絶縁流体を SF ₆ガス 1 4 3とした実施例を図 5に示す。第 4の実施の形態は、常温部の端部の構成が異なるだけで、他の構成は第 2の実施の形態と同様であるため、主に相違点について説明する。

この常温部も、碍子内にプッシング 1 3 0が収納されているが、プッシング内部に形成された空間 1 3 4が SF ₆ガス 1 4 3の充填空間と連通していない構成である。第 3の実施の形態では絶縁流体に絶縁油を用いたが、本例では絶縁油の代わりに SF ₆ガス 1 4 3を用いている。この場合でもブヅシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリゥムガスを充填する。プッシング内の空間はステンレスパイプ 1 3 1の端部を溶接することなどにより封止する。この構成により、プッシング内部に液化物が生じることを抑制し、プッシング内の過大な圧力変化を抑制して、ブッシングの機械的破損を防止する。

(第 5の実施の形態）

さらに、接続断熱部を有しない端末構成を図 6に示す。実施例 1では 2つのフランジを用いて接続断熱部を形成したが、本例ではブヅシング外周のフランジ 1 3 7を一つとし、冷媒層内に液体窒素部 1 1 2と窒素ガス溜まり部 1 1 3とを有する構成とした。フランジ 1 3 7を境界として、その上部は直ちに常温部につながっている。 '

この端末構造でも、第 2の実施の形態に示したように、プッシング内部に形成された空間 1 3 4が絶縁油溜まり上部に形成された空隙部 1 4 2と連通している場合、プッシング内部の空間に極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。この構成により、プッシング内部に液化物が生じることを抑制して、絶縁性能の低下を防止する。

これら空間 1 3 4と空隙部 1 4 2とが連通していない場合、第 3および第 4の実施の形態に示したように、プッシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。この構成により、プッシング内部に液化物が生じることを抑制し、プッシング内の過大な圧力変化を抑制して、プッシングの機械的破損を防止する。 - 産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明端末構造によれば、極低温部と常温部との間に断熱的に接続するように形成された気相空間からなる接続断熱部を具備し、この空間内を極低温で液化しない気体で充填するか真空とすることで、極低温温度によつても空間内に液化物が発生することを抑制し、導体部と極低温部との断熱を可能にすることができる。

また、導体部の外周に極低温部から常温部につながる外周気相空間を形成し、この空間内を極低温で液化しない気体で充填するか真空とすることで、極低温温度によっても空間内に液化物が発生することを抑制する。それに伴って、導体部内の減圧に伴う絶縁性能の低下または導体内部の過大な圧力変化を防止することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 極低温機器の端末を極低温部から常温部に、中心に導体部を有するブッシングを介して引き出す極低温機器の端末構造であって、

前記極低温部と常温部との間に、断熱的に接続され、前記プッシングの外周を覆う接続断熱部を設けたことを特徴とする極低温機器の端末構造。

2 . 前記プッシングは、前記極低温部から、前記接続断熱部を貫通して前記常温部に到達する気相空間で被覆されていることを特徴とする請求の範囲 1に記載の極低温機器の端末構造。

3 . 前記接続断熱部は、極低温部をシールする極低温側フランジと、常温部をシールする常温側フランジとを介して前記極低温部および前記常温部に断熱的に接続されていることを特徴とする請求の範囲 1に記載の極低温機器の端末構造

4 . 前記両フランジは前記プッシングの外周に突出して接続され、前記両フランジと前記プッシングの外周面と外装容器とによって断熱接続部としての気相空間を形成していることを特徴とする請求の範囲 3に記載の極低温機器の端末構

5 . 前記気相空間は、真空であることを特徴とする請求の範囲 2に記載の極低温機器の端末構造。

6 . 前記気相空間は、前記極低温部で用いられる泠媒よりも沸点が低い気体を充填してなることを特徴とする請求の範囲 2に記載の極低温機器の端末構造。

7 · 前記両フランジのうち、一方のフランジを固定し、他方のフランジをブッシングの熱収縮に連動するよう移動自在に構成したことを特徴とする請求項 3 に記載の極低温機器の端末構造。

8 . 前記接続断熱部は、互いに区画された内層部と外層部の 2重構造であることを特徴とする請求の範囲 4に記載の極低温機器の端末構造。

9 . 前記内層部と外層部は、共に真空であることを特徴とする請求の範囲 8 に記載の極低温機器の端末構造。

1 0 . 前記内層部と外層部のうち内層部のみに、前記極低温部で用いられる冷媒よりも沸点が低い気体を充填してなることを特徴とする請求の範囲 8に記載の極低温機器の端末構造。 ―

1 1 . 前記内層部の気体の圧力は前記極低温部の冷媒の圧力と実質的に等しいことを特徴とする請求の範囲 1 0に記載の極低温機器の端末構造。

1 2 . 前記プッシングは、前記極低温部から常温部に引き出される導体部と、前記導体部の外周に沿って極低温部から常温部につながる外周気相空間を具備しなることを特徴とする請求の範囲 1に記載の極低温機器の端末構造。

1 3 . 前記外周気相空間は、極低温で液化しない気体を充填せしめられていることを特徴とする請求の範囲 1 2に記載の極低温機器の端末構造。

1 4 . 前記気体がヘリウムであることを特徴とする請求の範囲 1 3に記載の極低温機器の端末構造。

1 5 . 前記外周気相空間は、真空であることを特徴とする請求の範囲 1 2に記載の極低温機器の端末構造。

1 6 . 極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、

前記導体部は前記導体部の外周に沿って極低温部から常温部につながる外周気相空間を有することを特徴とする極低温機器の端末構造。

1 7 . 前記外周気相空間は、極低温で液化しない気体を充填せしめられていることを特徴とする請求の範囲 1 6に記載の極低温機器の端末構造。

1 8 . 前記気体がヘリウムであることを特徴とする請求の範囲 1 7に記載の極低温機器の端末構造。

1 9 . 前記外周気相空間は、真空であることを特徴とする請求の範囲 1 6に記載の極低温機器の端末構造。

2 0 . 前記導体部は、中空パイプと前記中空パイプ内部に、前記極低温部から前記常温部につながる外周気相空間をもつように、挿通せしめられた導電リードを具備したことを特徴とする請求の範囲 1 6に記載の極低温機器の端末構造。