(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを形成する超電導線と、
前記超電導線と隣接して交互に配置され、前記超電導線を冷却する冷媒が内部に入り込み、前記冷媒が流入するスリットが側面に設けられた冷却チャンネルとを備え、
前記冷却チャンネルは、所定の幅の金属帯を前記スリットとなる所定の間隔をおいてスパイラル状で巻回したものである
ことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記冷却チャンネルは、前記超電導線のターン間に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記冷却チャンネルは、前記超電導線の層間に配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記冷却チャンネルの内部に配置したクエンチ検出用計測線を備えた請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の超電導コイル。
【請求項５】
前記冷却チャンネルと前記超電導線を熱硬化性樹脂で一体化したことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の超電導コイルを備えた超電導コイル装置。
【請求項７】
所定の幅の金属帯の内面にフッ素樹脂加工を施すフッ素樹脂加工工程と、
前記金属帯を所定の間隔を置きスリットを形成するようにスパイラル状に巻回して冷却チャンネルを作成する巻回工程と、
前記スリットが形成された前記冷却チャンネルと超電導線と熱硬化性樹脂とを配置する配置工程と、
前記冷却チャンネル内に熱風を送風して前記熱硬化性樹脂を硬化させる送風工程と
を有することを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線を用いた超電導コイル、超電導コイル装置及び超電導コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における超電導コイルの冷却方式には、極低温冷媒に超電導コイルを漬ける浸漬冷却、強制的に冷媒を供給、循環させる強制冷却等がある。また、強制冷却方式においては、超電導体と冷媒が流れる冷却通路が内部に形成された冷却チャンネルとを重ねて渦巻状に形成して超電導コイルを構成し、あるいは超電導線を巻回した環状コイルの層間を埋める含浸材の間に冷媒流路となる中空金属スペーサを介挿して超電導コイルを構成している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２３４７４３号公報（第２頁〜第３頁、第１図）
【特許文献２】特公昭６３−２８３２８号公報（第１頁〜第２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超電導コイルでは、冷却チャンネル又は中空スペーサを介して超電導線を冷却する構造であるため、介在する冷却チャンネル又は中空スペーサの熱伝導性によって超電導線の冷却効率が左右される。
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、超電導線を冷却チャンネルを用いて冷却するように構成された超電導コイルにおいて、超電導コイルの冷却効率を向上させる超電導コイル及び超電導コイル装置を得ることを目的とする。
また、この超電導コイルに適した冷媒の流路を容易に確保することが出来る冷却チャンネルを有する超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超電導コイルは、コイルを形成する超電導線と、超電導線と隣接して交互に配置され、超電導線を冷却する冷媒が内部に入り込み、冷媒が流入するスリットが側面に設けられた冷却チャンネルとを備え、冷却チャンネルは、所定の幅の金属帯を前記スリットとなる所定の間隔をおいてスパイラル状で巻回したものであることを特徴とする。
【０００７】
また、この発明に係る超電導コイルの製造方法は、所定の幅の金属帯の内面にフッ素樹脂加工を施すフッ素樹脂加工工程と、前記金属帯を所定の間隔を置きスリットを形成するようにスパイラル状に巻回して冷却チャネルを作成する巻回工程と、前記スリットが形成された前記冷却チャンネルと超電導線と熱硬化性樹脂とを配置する配置工程と、前記冷却チャンネル内に熱風を送風して前記熱硬化性樹脂を硬化させる送風工程とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、スリットに入った冷媒が超電導線を冷却し、冷却効率を向上することができる。
【０００９】
また、この発明における超電導コイルの製造方法によれば、超電導コイルの熱硬化性樹脂の加熱硬化時に、冷却チャンネル内を熱風によって熱硬化性樹脂を加熱硬化すると共に冷却チャンネルの内部に付着した熱硬化性樹脂を容易に除去することができ、冷媒の流路を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超電導コイルを示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る超電導コイルを示す上面図である。
【図３】図２に示したＡ−Ａ断面における超電導コイルの断面図である。
【図４】この発明に係る超電導コイルの断面を斜めから見たときの一部分を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷却チャンネルを示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法のフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造過程における送風機及び超電導コイルの構成を示す概念図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る超電導コイルを用いた超電導コイル装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るクエンチ検出用計測線を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る超電導コイルを示す斜視図である。図１において、複数層のパンケーキ巻線である超電導コイル１には、絶縁テープ２がスリット３を設けて巻回されている。超電導コイル１は冷媒（例えば、液体ヘリウム）の中に浸漬するので、このスリット３によって、冷媒が超電導コイル１へと入り込み、超電導線と冷媒が接触するので効率良く冷却することが可能である。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１に係る超電導コイルを示す上面図である。図３は、図２に示したＡ−Ａ断面における超電導コイルの断面図である。図２において、超電導コイル１は、ターン方向に隣接して交互に配置された超電導線４及び冷却チャンネル５が渦巻状に巻かれている。図３においては、超電導線４と超電導線４を冷却する冷媒が内部に入り込む管状の冷却チャンネル５が、ターン方向および層方向に隣接して交互に配置されている。冷却チャンネル５は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ等）のような極低温においても強度のある金属材料を使用している。
【００１３】
超電導線４は、冷却チャンネル５と一体化させるために表面を、熱硬化性樹脂を浸み込ませたテープ（図示せず）で覆っており、この超電導線４の表面を覆った熱硬化性樹脂を加熱硬化させることによって冷却チャンネル５と一体化される。
【００１４】
図４には、図３における超電導コイル１の断面を斜めから見たときの、冷却チャンネル５が超電導線４と隣接して交互に配置された超電導コイル１の一部分を示す斜視図である。図５は、この発明の実施の形態１に係る冷却チャンネルを示す斜視図である。冷却チャンネル５は、一定幅の金属帯を所定の間隔をおいて内部に円筒状の空間ができるようにスパイラル状に巻回したものである。冷却チャンネル５の側面には、スパイラル状のスリット６が形成される。この実施の形態で示す超電導コイル１においては、冷媒は冷却チャンネル５の内部及びスリット６に入り、隣接する超電導線４を、冷却チャンネル５を介して冷却すると同時に、スリット６に入った冷媒により、冷却チャンネル５を介せずに超電導線４を冷却する。スリットがない冷却チャンネルよりも、効率的に超電導線４を冷却できる。
【００１５】
次に、超電導コイル１の製造方法について説明する。図６は超電導コイル１の製造方法を示したフローチャートである。まず、両面に面粗しを施した所定の幅の金属帯の内面となる片面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）によってフッ素樹脂加工処理を施すフッ素樹脂加工工程を行う（ステップＳＴ１）。冷却チャンネル５の外側に面粗しを施すことにより、熱硬化性樹脂との接着性が良好になっている。また、冷却チャンネル５の内面は面粗しを施さなくてもよい。次に、この金属帯を、ＰＴＦＥフッ素樹脂加工処理を施した面を内面にして、スリット６ができるように所定の間隔をおいてスパイラル状に巻回していき、冷却チャンネル５を作成する巻回工程を行う（ステップＳＴ２）。次に、超電導線４の外側の表面を、熱硬化性樹脂を浸み込ませたテープで全体を覆い（ステップＳＴ３）、冷却チャンネル５と超電導線４を隣接して交互にコイル形状になるように配置する配置工程を行う（ステップＳＴ４）。
【００１６】
次に、熱風を冷却チャンネル５内に送風させ、熱硬化性樹脂を加熱硬化させる送風工程を行う（ステップＳＴ５）。図７は、この発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造過程における送風機及び超電導コイルの構成を示す概念図である。熱硬化性樹脂の硬化は、図７に示すように、送風機７から案内送風路８を通ってきた熱風９を冷却チャンネル５の内部へと送風させて行われる。このとき、熱風９は冷却チャンネル５の一方の端部から入り、もう一方の端部から外部へと放出される。この熱風９により、熱硬化性樹脂は硬化されることになる。冷却チャンネル５の内面は、ＰＴＦＥフッ素樹脂加工処理を施しているので、冷却チャンネル５の内面には熱硬化性樹脂が付着しにくい。冷却チャンネル５の内部に熱風を流すので、冷却チャンネル５の内部に入った熱硬化性樹脂を熱風により外部に吹き出すことができる。従って、この方法を用いると、冷却チャンネル５内に熱硬化性樹脂が付着して流路を塞ぐことがなくなる。また、熱硬化性樹脂を、超電導コイル１の内部に満遍なく配置した冷却チャンネル５から加熱することができるため、熱硬化性樹脂の加熱時間を、従来から行われていた超電導コイル全体を加熱する方法よりも短縮することができ、加熱時間短縮によるコスト削減効果が得られる。
【００１７】
次に、熱硬化性樹脂が加熱硬化され一体化された超電導線４及び冷却チャンネル５の全体に対して、絶縁テープ２をスリット３ができるように所定の間隔をおいて巻回する（ステップＳＴ６）。
【００１８】
次に、超電導コイル１を用いた超電導コイル装置１０について説明する。図８は、この発明の実施の形態１に係る超電導コイル１を用いた超電導コイル装置１０を示す断面図である。超電導コイル装置１０は、例えば、核磁気共鳴画像法装置（ＭＲＩ装置）等に適用されるものであって、極低温状態を保持するクライオスタット１１内に超電導コイル１が断熱支持体（図示せず）で所定位置に支持されており、クライオスタット１１を通して超電導コイル１から外部へ出た電流リード１２がある。
【００１９】
以上説明したように、この実施の形態１による超電導コイル１は、冷却チャンネル５を有することにより、冷却チャンネル５のスリット６に冷媒が入り込み、スリット６の部分においては超電導線４を、冷却チャンネル５を介さずに冷却することができるので、冷却効率が向上する。また、冷却チャンネル５と超電導線４を熱硬化性樹脂によって一体化することにより、超電導コイル１全体の剛性も上がるため、冷却励磁中に超電導線４が動きにくくなり、クエンチが生じにくくなるので、安全性の高い超電導コイルを得ることができる。
【００２０】
また、この実施の形態１における超電導コイル製造方法は、冷却チャンネル５の内面にＰＴＦＥによるフッ素樹脂加工処理を施し、冷却チャンネル５内を熱風によって送風させることで、冷却チャンネル５内に侵入してくる熱硬化性樹脂を除去できるため、冷却チャンネル５の内部を通る冷媒の流路を容易に確保することができるので、冷却効率が向上する。また、超電導コイル１の内部を直接加熱することができるので、熱硬化性樹脂の加熱時間を短縮することができ、コスト削減効果が得られる。
【００２１】
冷却チャンネルは、全体が繋がっている構造でも良いが、分割されている構造であっても良い。冷却チャンネルが分割されている場合において、冷却チャンネルを設置するときには、それぞれ分割された冷却チャンネル同士が接触するようにして、冷媒用の流路が確保されるようにして配置される。このようにして、冷却チャンネルを分割することにより、超電導コイルの曲率の大きい部分に冷却チャンネルを配置するときに、容易に配置することができる。
【００２２】
また、冷却チャンネルはスパイラル状に形成しなくても良く、側面にスリットが形成されるようにすればどんな形状の冷却チャンネルでも良い。また、冷却チャンネルと超電導線は熱硬化性樹脂で一体化しなくても良く、冷却チャンネルと超電導線が固定できれば、熱硬化性樹脂以外の物質を用いて一体化させても良い。
【００２３】
また、この実施の形態では冷却チャンネルと超電導線とがターン方向と層方向の両方で隣接して交互に配置しているが、ターン方向又は層方向の何れか一方で交互に配置しても良い。冷却チャンネルが超電導線のターン方向だけに交互に配置される場合には、層方向には超電導線と超電導線とが、冷却チャンネルと冷却チャンネルとが隣接して配置される。ターン方向にだけ冷却チャンネルと超電導線を交互に配置する場合は、確実に絶縁するために、超電導コイルの層間に絶縁シートを挿入しても良い。また、絶縁シートは用いなくても良い。
【００２４】
また、超電導線及び冷却チャンネルの間に熱硬化性樹脂を配置させる際には、超電導線及び冷却チャンネルをコイル形状に配置する前でも後でも良い。超電導線及び冷却チャンネルの表面に熱硬化性樹脂を配置させ、超電導線及び冷却チャンネルをコイル形状に配置しても良い。その場合、熱硬化性樹脂は、超電導線又は冷却チャンネルのどちらか一方のみに配置させても良い。
【００２５】
超電導線及び冷却チャンネルをコイル形状に配置した後に熱硬化性樹脂を配置する場合は、一層又は所定回数のターン数だけ超電導線及び冷却チャンネルを交互に巻いた後に、ターン方向の超電導線及び冷却チャンネルの間と、超電導線及び冷却チャンネルの上に熱硬化性樹脂を配置する。配置する熱硬化性樹脂は液体状でも固体状でも良い。液体状の熱硬化性樹脂の場合は、スリットから冷却チャンネルの内部に流れ落ちない程度の粘度とする。
【００２６】
また、フッ素樹脂加工処理は冷却チャンネルの内面だけではなく、側面についても同様に処理しても良い。また、冷却チャンネルは、金属帯をスパイラル状に巻回させたものに限定されず、例えば、金属パイプの側面にスリットを形成したものであってもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係るクエンチ検出用計測線１３を示す概念図である。クエンチ検出用計測線１３は、冷却チャンネル５の内部に位置する金属線である。クエンチ検出用計測線１３の両端には電圧計（図示せず）が接続されており、超電導コイル１にクエンチが起きた場合、クエンチによる電圧の変動をクエンチ検出用計測線１３によって計測することができる。
【００２８】
クエンチ検出用計測線１３によって電圧変動を検出した場合には、超電導線４はクエンチによって常電導状態であるため、超電導線４の温度が上昇し焼損してしまう場合がある。そのため、このクエンチ時に超電導線４が焼損するのを防ぐために、クエンチ検出用計測線１３が電圧変動を検出した場合には、超電導線４に流れる電流を減少させることで、超電導線４を保護する。
【００２９】
クエンチ検出用計測線１３が冷却チャンネル５の内部にあることで、超電導コイル１の冷却・励磁中にクエンチ検出用計測線１３にかかる負荷を減少させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  超電導コイル
２  絶縁テープ
３  超電導コイルのスリット
４  超電導線
５  冷却チャンネル
６  冷却チャンネルのスリット
７  送風機
８  案内送風路
９  熱風
１０  超電導コイル装置
１１  クライオスタット
１２  電流リード
１３  クエンチ検出用計測線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005970945.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005970945.tif 000010