(57)【要約】【課題】第１超電導体に電流を供給するための電流リードの一部が第２超電導体で形成されている場合に、第１超電導体の冷却時間を短縮すること。【解決手段】超電導体冷却システム１は、第１超電導体１０と、第１超電導体１０の冷却に用いられる第１冷却導体１１０と、第１冷却導体１１０を第１温度に冷却する第１冷却装置１００と、第１超電導体１０に電流を供給する電流リード３０と、を備える。その電流リード３０において、電流経路の一部は第２超電導体２０で形成されている。超電導体冷却システム１は、更に、第２超電導体２０の冷却に用いられる第２冷却導体２１０と、第２冷却導体２１０を第２温度に冷却する第２冷却装置２００と、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間に接続された第１熱伝導スイッチＳＷ１と、を備える。第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする。【選択図】図１
2010109187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１超電導体と、
前記第１超電導体の冷却に用いられる第１冷却導体と、
前記第１冷却導体を第１温度に冷却する第１冷却装置と、
前記第１超電導体に電流を供給し、前記電流の経路の一部が第２超電導体で形成された電流リードと、
前記第２超電導体の冷却に用いられる第２冷却導体と、
前記第２冷却導体を第２温度に冷却する第２冷却装置と、
前記第１冷却導体と前記第２冷却導体との間に接続され、前記第１冷却導体と前記第２冷却導体との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする第１熱伝導スイッチと
を備える
超電導体冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第１超電導体に前記電流が供給される前の初期冷却期間において、前記第１熱伝導スイッチがＯＮし、
前記初期冷却期間の終了後、前記第１熱伝導スイッチがＯＦＦする
超電導体冷却システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導体冷却システムであって、
更に、前記第１冷却導体の温度を検出する第１温度センサを備え、
前記第１冷却導体の温度が所定の温度以下になると、前記第１温度センサは第１スイッチ信号を非活性化し、
前記第１熱伝導スイッチは、前記第１スイッチ信号の非活性化に応答してＯＦＦする
超電導体冷却システム。
【請求項４】
請求項２に記載の超電導体冷却システムであって、
更に、前記第２冷却導体の温度を検出する第２温度センサを備え、
前記第２冷却導体の温度が所定の温度以下になると、前記第２温度センサは第２スイッチ信号を非活性化し、
前記第１熱伝導スイッチは、前記第２スイッチ信号の非活性化に応答してＯＦＦする
超電導体冷却システム。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第１超電導体への前記電流の供給が終了した後の昇温期間において、前記第１熱伝導スイッチがＯＮする
超電導体冷却システム。
【請求項６】
請求項１に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第２冷却導体は、
前記第２超電導体側に位置する電流リード接続部と、
前記第２冷却装置側に位置する冷却装置接続部と
前記電流リード接続部と前記冷却装置接続部との間に接続され、前記電流リード接続部と前記冷却装置接続部との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする第２熱伝導スイッチと
を有し、
前記第１熱伝導スイッチは、前記第１冷却導体と前記冷却装置接続部との間に接続され、前記第１冷却導体と前記冷却装置接続部との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする
超電導体冷却システム。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第１超電導体に前記電流が供給される前の初期冷却期間において、前記第１熱伝導スイッチがＯＮし、前記第２熱伝導スイッチがＯＦＦし、
前記初期冷却期間の終了後、前記第１熱伝導スイッチがＯＦＦし、前記第２熱伝導スイッチがＯＮする
超電導体冷却システム。
【請求項８】
請求項７に記載の超電導体冷却システムであって、
更に、前記第１冷却導体の温度を検出する第１温度センサを備え、
前記第１冷却導体の温度が所定の温度以下になると、前記第１温度センサは第１スイッチ信号を非活性化し、
前記第１熱伝導スイッチは、前記第１スイッチ信号の非活性化に応答してＯＦＦする
超電導体冷却システム。
【請求項９】
請求項８に記載の超電導体冷却システムであって、
更に、前記冷却装置接続部の温度を検出する第２温度センサを備え、
前記冷却装置接続部の温度が所定の温度以下になると、前記第２温度センサは第２スイッチ信号を活性化し、
前記第２熱伝導スイッチは、前記第２スイッチ信号の活性化に応答してＯＮする
超電導体冷却システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の超電導体冷却システムであって、
更に、前記冷却装置接続部の温度を検出する第２温度センサを備え、
前記冷却装置接続部の温度が所定の温度以下になると、前記第２温度センサは第２スイッチ信号を活性化し、
前記第１熱伝導スイッチは、前記第２スイッチ信号の活性化に応答してＯＦＦし、
前記第２熱伝導スイッチは、前記第２スイッチ信号の活性化に応答してＯＮする
超電導体冷却システム。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第１超電導体への前記電流の供給が終了した後の昇温期間において、前記第１熱伝導スイッチ及び前記第２熱伝導スイッチがＯＮする
超電導体冷却システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の超電導体冷却システムであって、
前記第１温度は前記第２温度より低い
超電導体冷却システム。
【請求項１３】
超電導体冷却システムにおける超電導体冷却方法であって、
前記超電導体冷却システムは、
第１超電導体と、
前記第１超電導体の冷却に用いられる第１冷却導体と、
前記第１冷却導体を第１温度に冷却する第１冷却装置と、
前記第１超電導体に電流を供給し、前記電流の経路の一部が第２超電導体で形成された電流リードと、
前記第２超電導体の冷却に用いられる第２冷却導体と、
前記第２冷却導体を第２温度に冷却する第２冷却装置と
を備え、
前記超電導体冷却方法は、
前記第１超電導体に前記電流が供給される前に、前記第１冷却導体と前記第２冷却導体とを接続し、前記第１超電導体の初期冷却を行う第１冷却ステップと、
前記第１冷却ステップの後に、前記第１冷却導体と前記第２冷却導体との間の接続を切断し、前記第１超電導体及び前記第２超電導体をそれぞれ前記第１温度及び前記第２温度まで冷却する第２冷却ステップと
を含む
超電導体冷却方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の超電導体冷却方法であって、
前記第２冷却導体は、
前記第２超電導体側に位置する電流リード接続部と、
前記第２冷却装置側に位置する冷却装置接続部と
を含み、
前記第１冷却ステップは、
前記第１冷却導体と前記冷却装置接続部とを接続するステップと、
前記電流リード接続部と前記冷却装置接続部との間の接続を切断するステップと
を含み、
前記第２冷却ステップは、
前記第１冷却導体と前記冷却装置接続部との間の接続を切断するステップと、
前記電流リード接続部と前記冷却装置接続部とを接続するステップと
を含む
超電導体冷却方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の超電導体冷却方法であって、
前記第１温度は前記第２温度より低い
超電導体冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導体を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空遮熱容器内に収納された超電導コイルを利用した超電導磁石装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。その超電導コイルは、超電導コイル冷却装置によって冷却され、極低温状態において超電導状態となる。超電導状態の超電導コイルに電流を供給することによって、強力な磁場を発生させることができる。この時に外部から超電導コイルに電流を供給するための部材は、一般に、「電流リード」と呼ばれている。つまり、超電導コイルの駆動時、電流リードを通して超電導コイルに駆動電流が供給される。
【０００３】
そのような超電導磁石装置においては、電流リードを通して、通電時電流による電流リード非超電導部の電気抵抗によるジュール発熱や、真空遮熱容器の外部から超電導コイルに向けての熱侵入がある。その侵入熱を軽減するために、電流リード内の電流経路の一部が超電導体で形成される場合がある（特許文献１、特許文献２参照）。極低温状態において、電流リード内の超電導体の電気抵抗は小さくなり、また、熱抵抗は大きくなる。但しこの場合、超電導コイルを冷却するための超電導コイル冷却装置とは別に、電流リード内の超電導体を冷却するための電流リード冷却装置を設ける必要がある。これにより、超電導コイル冷却装置にかかる熱負荷を増加させることなく、電流リード内の超電導体を冷却することが可能となる。
【０００４】
超電導コイルを目標設定温度まで素早く冷却することは、超電導コイルの稼動開始までの時間の短縮を意味する。従って、超電導コイルの冷却時間を短縮することは重要である。しかしながら、超電導コイル冷却装置の冷却能力をいたずらに増強したり、超電導コイル冷却装置を増設することは、配置スペースの観点から物理的に困難であったり、コストの増大を招いたりし、好ましくない。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１４２２３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、第１超電導体に電流を供給するための電流リードの一部が第２超電導体で形成されている場合に、第１超電導体の冷却時間を短縮することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明の第１の観点において、超電導体冷却システム（１）が提供される。その超電導体冷却システム（１）は、第１超電導体（１０）と、第１超電導体（１０）の冷却に用いられる第１冷却導体（１１０）と、第１冷却導体（１１０）を第１温度に冷却する第１冷却装置（１００）と、第１超電導体（１０）に電流を供給する電流リード（３０）と、を備える。その電流リード（３０）において、電流経路の一部は第２超電導体（２０）で形成されている。超電導体冷却システム（１）は、更に、第２超電導体（２０）の冷却に用いられる第２冷却導体（２１０）と、第２冷却導体（２１０）を第２温度に冷却する第２冷却装置（２００）と、第１冷却導体（１１０）と第２冷却導体（２１０）との間に接続された第１熱伝導スイッチ（ＳＷ１）と、を備える。第１熱伝導スイッチ（ＳＷ１）は、第１冷却導体（１１０）と第２冷却導体（２１０）との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする。
【０００９】
本発明の第２の観点において、超電導体冷却システム（１）における超電導体冷却方法が提供される。その超電導体冷却システム（１）は、第１超電導体（１０）と、第１超電導体（１０）の冷却に用いられる第１冷却導体（１１０）と、第１冷却導体（１１０）を第１温度に冷却する第１冷却装置（１００）と、第１超電導体（１０）に電流を供給する電流リード（３０）と、を備える。その電流リード（３０）において、電流経路の一部は第２超電導体（２０）で形成されている。超電導体冷却システム（１）は、更に、第２超電導体（２０）の冷却に用いられる第２冷却導体（２１０）と、第２冷却導体（２１０）を第２温度に冷却する第２冷却装置（２００）と、を備える。本発明に係る超電導体冷却方法は、（Ａ）第１超電導体（１０）に電流が供給される前に、第１冷却導体（１１０）と第２冷却導体（２１０）とを接続し、第１超電導体（１０）の初期冷却を行う第１冷却ステップと、（Ｂ）上記第１冷却ステップの後に、第１冷却導体（１１０）と第２冷却導体（２１０）との間の接続を切断し、第１超電導体（１０）及び第２超電導体（２０）をそれぞれ第１温度及び第２温度まで冷却する第２冷却ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１超電導体に電流を供給するための電流リードの一部が第２超電導体で形成されている場合に、第１超電導体の冷却時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．第１の実施の形態
１−１．構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導体冷却システム１の構成を示す概略図である。超電導体冷却システム１は、内部超電導体１０が収納される真空遮熱容器２を備えている。真空遮熱容器２の外部は常温領域（ＮＴ）である。一方、内部超電導体１０が収納される真空遮熱容器２の内部は極低温領域（ＥＬＴ）である。
【００１２】
内部超電導体１０（第１超電導体）は、超電導コイル等に使用され、極低温状態において超電導状態となる。超電導状態の内部超電導体１０に電流を供給することによって、強力な磁場を発生させることができる。この時の内部超電導体１０の目標設定温度（第１温度）は、例えば２０Ｋである。
【００１３】
第１冷却装置１００は、内部超電導体１０を冷却するために用いられる冷却装置（冷凍機）である。より詳細には、真空遮熱容器２の内部には、内部超電導体１０の冷却に用いられる第１冷却導体１１０が設けられている。この第１冷却導体１１０は、例えば銅導体である。第１冷却装置１００は、第１冷却導体１１０に接続されており、その第１冷却導体１１０を上記第１温度まで冷却するように構成されている。また、真空遮熱容器２の内部には、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１を検出するための第１温度センサ１２０が設けられていてもよい。
【００１４】
電流リード３０は、内部超電導体１０に電流を供給する部材であり、真空遮熱容器２外部の外部電源６０と真空遮熱容器２内部の内部超電導体１０との間に接続されている。ここで、この電流リード３０を通して、常温領域ＮＴから、又は通電時の常電導電流リード３０−１のジュール発熱損より、内部超電導体１０に向けて熱が侵入する可能性がある。その侵入熱を軽減するために、電流リード３０内の電流経路の一部が、超電導体２０（第２超電導体）で形成されている。極低温状態において、この超電導体２０の電気抵抗は小さくなり、また、熱抵抗は大きくなり、好適である。
【００１５】
より詳細には、図１に示されるように、電流リード３０は、外部電源６０側に設けられた常電導電流リード３０−１と、内部超電導体１０側に設けられた超電導電流リード３０−２とを含んでいる。常電導電流リード３０−１は、通常の金属材料を利用した電流リードであり、導電体４０を介して外部電源６０に接続されている。一方、超電導電流リード３０−２は、超電導体２０を利用した電流リードである。その超電導体２０は、導電体５０を介して内部超電導体１０に接続されている。内部超電導体１０の駆動時には、外部電源６０からこれら常電導電流リード３０−１及び超電導電流リード３０−２を通して、外部電源６０から内部超電導体１０に電流が供給される。この時の超電導体２０の目標設定温度（第２温度）は、例えば６０Ｋである。
【００１６】
第２冷却装置２００は、電流リード３０の超電導体２０を冷却するために用いられる冷却装置（冷凍機）である。より詳細には、真空遮熱容器２の内部には、超電導体２０の冷却に用いられる第２冷却導体２１０が設けられている。この第２冷却導体２１０は、例えば銅導体である。第２冷却装置２００は、第２冷却導体２１０に接続されており、その第２冷却導体２１０を上記第２温度まで冷却するように構成されている。また、真空遮熱容器２の内部には、第２冷却導体２１０の温度Ｔ２を検出するための第２温度センサ２２０が設けられていてもよい。
【００１７】
尚、本実施の形態において、内部超電導体１０の目標設定温度である第１温度（例：２０Ｋ）は、超電導体２０の目標設定温度である第２温度（例：６０Ｋ）より低い。その理由は、次の通りである。まず、第２温度に関しては、超電導体２０の電流及び熱伝導特性の最適化、第２冷却装置２００の効率、運転コストの削減などの観点から、超電導体２０の使用上限温度付近に設定される。一方、第１温度に関しては、内部超電導体１０をより高い特性で使用し、また、内部超電導体１０を安定に使用するために、第２温度より遥かに低く設定される。
【００１８】
ヒータ３００は、真空遮熱容器２の開放時に昇温を効率的に実施するために設けられている。例えば、ヒータ３００は、第２冷却導体２１０に接続されている。
【００１９】
図１に示されるように、本実施の形態に超電導体冷却システム１は、上述の第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間に接続された第１熱伝導スイッチＳＷ１を備えている。この第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２０】
図２は、第１熱伝導スイッチＳＷ１の一例を示している。第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間を物理的に接続可能な接続導体８０を有している。好適には、接続導体８０は、第１冷却導体１１０や第２冷却導体２１０と同じ材料（例：銅）で形成されている。この接続導体８０は、熱絶縁体８１を介して操作部８２に接続されている。その操作部８２を動かすことにより、接続導体８０を、第１冷却導体１１０及び第２冷却導体２１０に接触させたり、第１冷却導体１１０及び第２冷却導体２１０から離したりすることができる。すなわち、第１熱伝導スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。
【００２１】
第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮの場合、接続導体８０は、第１冷却導体１１０及び第２冷却導体２１０に接触する。その結果、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０とが接続導体８０を介して物理的に接続され、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間で熱伝導が可能となる。一方、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦの場合、接続導体８０は、第１冷却導体１１０及び第２冷却導体２１０から離れる。その結果、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の接続が切断され、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の熱伝導が防止される。
【００２２】
第１熱伝導スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦは、手動で行われてもよいし、自動で制御されてもよい。自動制御の場合、操作部８２はアクチュエータに接続される。そして、第１温度センサ１２０で検出された第１冷却導体１１０の温度Ｔ１、あるいは、第２温度センサ２２０で検出された第２冷却導体２１０の温度Ｔ２に応じて、アクチュエータが動作し、第１熱伝導スイッチＳＷ１をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００２３】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１は、温度に依存して形状や変位が変わるバイメタルで形成されてもよい。例えば、そのバイメタルは、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０の一方と接触するように形成される。バイメタルの温度が所定の温度より高い場合、バイメタルは、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０の他方にも接触する。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮ状態となる。一方、バイメタルの温度が所定の温度以下になると、バイメタルは、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０の他方から離れる。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態となる。
【００２４】
１−２．動作
次に、本実施の形態に係る超電導体冷却システム１の動作を説明する。超電導体冷却システム１の動作は、おおまかに、（１）内部超電導体１０への通電前に、内部超電導体１０及び超電導体２０をそれぞれ目標設定温度近傍まで冷却する「冷却段階」、（２）内部超電導体１０への通電時、内部超電導体１０及び超電導体２０のそれぞれの温度を維持する「運転段階」、及び（３）内部超電導体１０への通電が終了した後、内部超電導体１０及び超電導体２０を昇温する「昇温段階」、に区分けされる。更に、本実施の形態によれば、上記（１）の冷却段階は、「初期冷却段階」と、初期冷却段階の後の「終期冷却段階」に区分けされる。尚、下記説明において、内部超電導体１０の目標設定温度（第１温度）は２０Ｋであり、超電導体２０の目標設定温度（第２温度）は６０Ｋである。
【００２５】
（初期冷却時の動作）
図３は、初期冷却時の動作を示す概略図である。初期冷却時、第１冷却装置１００及び第２冷却装置２００がＯＮし、ヒータ３００がＯＦＦする。更に、本実施の形態によれば、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮする。これにより、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０とが接続され、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間で熱伝導が可能となる。その結果、内部超電導体１０は、第１冷却導体１１０及び第２冷却導体２１０の両方を通して冷却（抜熱）される。すなわち、内部超電導体１０の初期冷却において、第１冷却装置１００だけでなく、本来的に超電導体２０の冷却に用いられる第２冷却装置２００も併せて使用される。最低到達温度は低いが冷却能力は小さい第１冷却装置１００と、最低到達温度は高いが冷却能力は大きい第２冷却装置２００とが併用されるため、冷却能力が向上し、初期冷却をより短時間で実施することが可能となる。
【００２６】
第１熱伝導スイッチＳＷ１は、オペレータにより手動でＯＮされてもよい。
【００２７】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１は、自動的にＯＮされてもよい。例えば、第１温度センサ１２０は、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１を検出し、その温度Ｔ１に応じた第１スイッチ信号Ｓ１を出力する。第２温度センサ２２０は、第２冷却導体２１０の温度Ｔ２を検出し、その温度Ｔ２に応じた第２スイッチ信号Ｓ２を出力する。第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１スイッチ信号ＳＷ１あるいは第２スイッチ信号Ｓ２に応答してＯＮ／ＯＦＦする。例えば、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ）より高い場合、第１温度センサ１２０は、第１スイッチ信号Ｓ１を活性化する。そして、第１スイッチ信号Ｓ１が活性化されている間、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＮする。あるいは、第２冷却導体２１０の温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）より高い場合、第２温度センサ２２０は、第２スイッチ信号Ｓ２を活性化する。そして、第２スイッチ信号Ｓ２が活性化されている間、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＮする。
【００２８】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１はバイメタルで形成されてもよい。例えば、そのバイメタルは、第１冷却導体１１０と接触するように形成される。第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ）より高い場合、そのバイメタルは第２冷却導体２１０とも接触する。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮする。あるいは、バイメタルは、第２冷却導体２１０と接触するように形成される。第２冷却導体２１０の温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）より高い場合、そのバイメタルは第１冷却導体１１０とも接触する。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮする。
【００２９】
（終期冷却時及び運転時の動作）
図４は、終期冷却時及び運転時の動作を示す概略図である。図４に示されるように、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＦＦする。これにより、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の接続が切断され、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間の熱伝導が防止される。この時、内部超電導体１０は、第１冷却装置１００によって第１冷却導体１１０を通して冷却（抜熱）される。また、超電導体２０は、第２冷却装置２００によって第２冷却導体２１０を通して冷却（抜熱）される。
【００３０】
第１冷却導体１１０及び内部超電導体１０が第１温度（２０Ｋ）の近傍まで冷却され、第２冷却導体２１０及び超電導体２０が第２温度（６０Ｋ）の近傍まで冷却されると、終期冷却は終了する。その後、内部超電導体１０には、外部電源６０から電流リード３０を通して電流が供給される。内部超電導体１０への通電時（運転段階）、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＦＦのままである。内部超電導体１０の温度は第１冷却装置１００によって維持され、超電導体２０の温度は第２冷却装置２００によって維持される。
【００３１】
第１熱伝導スイッチＳＷ１は、オペレータにより手動でＯＦＦされてもよい。
【００３２】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１は、自動的にＯＦＦされてもよい。例えば、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ＝超電導体２０の目標設定温度）以下になると、第１温度センサ１２０は、第１スイッチ信号Ｓ１を非活性化する。そして、第１スイッチ信号Ｓ１の非活性化に応答して、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦする。あるいは、第２冷却導体２１０の温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）以下になると、第２温度センサ２２０は第２スイッチ信号Ｓ２を非活性化する。そして、第２スイッチ信号Ｓ２の非活性化に応答して、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦする。
【００３３】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１はバイメタルで形成されてもよい。例えば、そのバイメタルは、第１冷却導体１１０と接触するように形成される。第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ）以下になると、そのバイメタルは第２冷却導体２１０から離れる。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦする。あるいは、バイメタルは、第２冷却導体２１０と接触するように形成される。第２冷却導体２１０の温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）以下になると、そのバイメタルは第１冷却導体１１０から離れる。これにより、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦする。
【００３４】
（昇温時の動作）
図５は、昇温時の動作を示す概略図である。昇温時、第１冷却装置１００及び第２冷却装置２００がＯＦＦし、ヒータ３００がＯＮする。更に、本実施の形態によれば、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮする。これにより、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０とが接続され、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０との間で熱伝導が可能となる。電流リード３０を通した侵入熱及びヒータ３００が発生する熱により、第１冷却導体１１０、第２冷却導体２１０、内部超電導体１０、及び超電導体２０の温度が上昇する。
【００３５】
第１熱伝導スイッチＳＷ１は、オペレータにより手動でＯＮされてもよい。あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１は、自動的にＯＮされてもよい。
【００３６】
１−３．効果
本実施の形態によれば、内部超電導体１０の初期冷却において、最低到達温度は低いが冷却能力は小さい第１冷却装置１００と、最低到達温度は高いが冷却能力は大きい第２冷却装置２００とが併用される。そのため、冷却装置の能力を増強したり、冷却設備を増設することなく、内部超電導体１０の冷却時間を短縮することが可能となる。すなわち、コストを増加させることなく、内部超電導体１０の稼動開始までの時間を短縮することが可能となる。
【００３７】
２．第２の実施の形態
２−１．構成
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導体冷却システム１の構成を示す概略図である。第１の実施の形態と重複する説明は適宜省略される。
【００３８】
図６に示されるように、本実施の形態によれば、第２冷却導体２１０上に第２熱伝導スイッチＳＷ２が更に設けられる。より詳細には、第２冷却導体２１０は、第２冷却装置２００側に位置する冷却装置接続部２１０Ａ、電流リード３０の超電導体２０側に位置する電流リード接続部２１０Ｂ、及び冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間に接続された第２熱伝導スイッチＳＷ２を有している。第２熱伝導スイッチＳＷ２は、第１熱伝導スイッチＳＷ１と同様の構成を有し、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする。第２熱伝導スイッチＳＷ２は、図２で示されたような構成を有していてもよいし、温度に依存して形状や変位が変わるバイメタルで形成されてもよい。
【００３９】
第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１冷却導体１１０と第２冷却導体２１０の冷却装置接続部２１０Ａとの間に接続されている。第１熱伝導スイッチＳＷ１は、第１の実施の形態と同様の構成を有し、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとの間の熱伝導をＯＮ／ＯＦＦする。
【００４０】
第１温度センサ１２０は、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１を検出し、その温度Ｔ１に応じた第１スイッチ信号Ｓ１を出力する。第２温度センサ２２０は、第２冷却導体２１０の冷却装置接続部２１０Ａの温度Ｔ２を検出し、その温度Ｔ２に応じた第２スイッチ信号Ｓ２を出力する。
【００４１】
２−２．動作
（初期冷却時の動作）
図７は、初期冷却時の動作を示す概略図である。初期冷却時、第１冷却装置１００及び第２冷却装置２００がＯＮし、ヒータ３００がＯＦＦする。更に、本実施の形態によれば、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮし、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＦＦする。これにより、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとが接続され、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとの間で熱伝導が可能となる。また、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間の接続が切断され、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間の熱伝導が防止される。
【００４２】
その結果、内部超電導体１０は、第１冷却導体１１０及び冷却装置接続部２１０Ａの両方を通して冷却（抜熱）される。すなわち、内部超電導体１０の初期冷却において、第１冷却装置１００だけでなく、本来的に超電導体２０の冷却に用いられる第２冷却装置２００も併せて使用される。第１冷却装置１００と第２冷却装置２００が併用されるため、冷却能力が向上し、初期冷却をより短時間で実施することが可能となる。更に、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＦＦするため、第２冷却装置２００と電流リード３０との間の接続が切断される。その結果、第２冷却装置２００は、電流リード３０を通した侵入熱の影響を受けなくなり、第２冷却装置２００の冷却能力の全てを内部超電導体１０の冷却に使用することが可能となる。従って、内部超電導体１０の冷却時間を更に短縮することが可能となる。
【００４３】
第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、オペレータにより手動でそれぞれＯＮ及びＯＦＦされてもよい。
【００４４】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、自動的にそれぞれＯＮ及びＯＦＦされてもよい。例えば、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ）より高い場合、第１温度センサ１２０は、第１スイッチ信号Ｓ１を活性化する。そして、第１スイッチ信号Ｓ１が活性化されている間、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＮする。また、冷却装置接続部２１０Ａの温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）より高い場合、第２温度センサ２２０は、第２スイッチ信号Ｓ２を非活性化する。そして、第２スイッチ信号ＳＷ２が非活性化されている間、第２熱伝導スイッチＳＷ２はＯＦＦする。あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１と第２熱伝導スイッチＳＷ２の両方が第２スイッチ信号Ｓ２によって制御されてもよい。その場合、第２スイッチ信号Ｓ２が非活性化されている間、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＮし、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＦＦする。
【００４５】
あるいは、第１の実施の形態で説明されたように、第１熱伝導スイッチＳＷ１はバイメタルで形成されてもよい。また、第１熱伝導スイッチＳＷ１と同様に、第２熱伝導スイッチＳＷ２もバイメタルで形成されてもよい。その場合、そのバイメタルは、冷却装置接続部２１０Ａと接触するように形成される。冷却装置接続部２１０Ａの温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）より高い場合、そのバイメタルは電流リード接続部２１０Ｂから離れている。これにより、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＦＦする。
【００４６】
（終期冷却時及び運転時の動作）
図８は、終期冷却時及び運転時の動作を示す概略図である。図８に示されるように、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＦＦし、第２熱伝導スイッチＳＷ２はＯＮする。これにより、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとの間の接続が切断され、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとの間の熱伝導が防止される。また、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとが接続され、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間で熱伝導が可能となる。この時、内部超電導体１０は、第１冷却装置１００によって第１冷却導体１１０を通して冷却（抜熱）される。また、超電導体２０は、第２冷却装置２００によって第２冷却導体２１０を通して冷却（抜熱）される。
【００４７】
第１冷却導体１１０及び内部超電導体１０が第１温度（２０Ｋ）の近傍まで冷却され、第２冷却導体２１０及び超電導体２０が第２温度（６０Ｋ）の近傍まで冷却されると、終期冷却は終了する。その後、内部超電導体１０には、外部電源６０から電流リード３０を通して電流が供給される。内部超電導体１０への通電時（運転段階）、第１熱伝導スイッチＳＷ１はＯＦＦのままであり、第２熱伝導スイッチＳＷ２はＯＮのままである。内部超電導体１０の温度は第１冷却装置１００によって維持され、超電導体２０の温度は第２冷却装置２００によって維持される。
【００４８】
第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、オペレータにより手動でそれぞれＯＦＦ及びＯＮされてもよい。
【００４９】
あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、自動的にそれぞれＯＦＦ及びＯＮされてもよい。例えば、第１冷却導体１１０の温度Ｔ１が所定の温度（例：６０Ｋ＝超電導体２０の目標設定温度）以下になると、第１温度センサ１２０は、第１スイッチ信号Ｓ１を非活性化する。そして、第１スイッチ信号Ｓ１の非活性化に応答して、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦする。また、冷却装置接続部２１０Ａの温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）以下になると、第２温度センサ２２０は、第２スイッチ信号Ｓ２を活性化する。そして、第２スイッチ信号ＳＷ２の活性化に応答して、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＮする。あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１と第２熱伝導スイッチＳＷ２の両方が第２スイッチ信号Ｓ２によって制御されてもよい。その場合、第２スイッチ信号Ｓ２の活性化に応答して、第１熱伝導スイッチＳＷ１がＯＦＦし、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＮする。
【００５０】
あるいは、第１の実施の形態で説明されたように、第１熱伝導スイッチＳＷ１はバイメタルで形成されてもよい。また、第１熱伝導スイッチＳＷ１と同様に、第２熱伝導スイッチＳＷ２もバイメタルで形成されてもよい。その場合、そのバイメタルは、冷却装置接続部２１０Ａと接触するように形成される。冷却装置接続部２１０Ａの温度Ｔ２が所定の温度（例：９０Ｋ）以下になると、そのバイメタルは電流リード接続部２１０Ｂとも接触する。これにより、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＮする。
【００５１】
（昇温時の動作）
図９は、昇温時の動作を示す概略図である。昇温時、第１冷却装置１００及び第２冷却装置２００がＯＦＦし、ヒータ３００がＯＮする。更に、本実施の形態によれば、第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＮする。これにより、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとが接続され、第１冷却導体１１０と冷却装置接続部２１０Ａとの間で熱伝導が可能となる。また、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとが接続され、冷却装置接続部２１０Ａと電流リード接続部２１０Ｂとの間で熱伝導が可能となる。電流リード３０を通した侵入熱及びヒータ３００が発生する熱により、第１冷却導体１１０、第２冷却導体２１０、内部超電導体１０、及び超電導体２０の温度が上昇する。
【００５２】
第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、オペレータにより手動でＯＮされてもよい。あるいは、第１熱伝導スイッチＳＷ１及び第２熱伝導スイッチＳＷ２は、自動的にＯＮされてもよい。
【００５３】
２−３．効果
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。更に、初期冷却において、第２熱伝導スイッチＳＷ２がＯＦＦするため、第２冷却装置２００と電流リード３０との間の接続が切断される。その結果、第２冷却装置２００は、電流リード３０を通した侵入熱の影響を受けなくなり、第２冷却装置２００の冷却能力の全てを内部超電導体１０の冷却に使用することが可能となる。従って、内部超電導体１０の冷却時間を更に短縮することが可能となる。すなわち、内部超電導体１０の稼動開始までの時間を更に短縮することが可能となる。
【００５４】
本発明は、超電導ＳＭＥＳ（Super Conducting Magnetic Energy Storage）、超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導発電機、超電導電動機等に適用され得る。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超電導体冷却システムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、熱伝導スイッチの一例を示している。
【図３】図３は、第１の実施の形態における初期冷却時の動作を示す概略図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態における終期冷却時及び運転時の動作を示す概略図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態における昇温時の動作を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る超電導体冷却システムの構成を示す概略図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態における初期冷却時の動作を示す概略図である。
【図８】図８は、第２の実施の形態における終期冷却時及び運転時の動作を示す概略図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態における昇温時の動作を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    熱伝導体冷却システム
２    真空遮熱容器
１０    内部超電導体（第１超電導体）
２０    超電導体（第２超電導体）
３０    電流リード
３０−１  常電導電流リード
３０−２  超電導電流リード
４０    導電体
５０    導電体
６０    外部電源
１００    第１冷却装置
１１０    第１冷却導体
１２０    第１温度センサ
２００    第２冷却装置
２１０    第２冷却導体
２１０Ａ  冷却装置接続部
２１０Ｂ  電流リード接続部
２２０    第２温度センサ
３００    ヒータ
ＳＷ１  第１熱伝導スイッチ
ＳＷ２  第２熱伝導スイッチ
Ｓ１    第１スイッチ信号
Ｓ２    第２スイッチ信号
ＮＴ  常温領域
ＥＬＴ  極低温領域
【図１】
2010109187.tif 000003
【図２】
2010109187.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010109187.tif 000008
【図７】
2010109187.tif 000009
【図８】
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【図９】
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