(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の高温超電導線材が円筒状巻枠の外周面に巻回された構成になり、液体窒素を冷媒として該冷媒に浸漬され冷却される超電導コイルにおいて、
円筒状巻枠の外周面には高温超電導線材のテープ幅に相応した螺旋状の溝が形成され、コイル内径側では前記超電導線材のテープ面が該螺旋状溝に沿って巻回されるとともに、コイルの外径側では超電導線材のテープ面が外側から覆われるように絶縁テープで被覆されていて、
前記巻枠の周面上に冷媒が通流する冷却ダクトが形成されておらず、前記超電導線材の表、裏両テープ面および側面に前記冷媒が直接触れないように前記テープ面が隔離されたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記絶縁テープが、前記螺旋状の溝内に埋め込まれていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超電導コイルにおいて、前記絶縁テープは、ガラスクロスに半硬化状のエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグテープで前記超電導線材のテープ面を外側から覆った後に熱硬化処理が施されたものであることを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超電導コイルを用いて構成した低圧コイル層と高圧コイル層とが内外周に間隔を隔てて鉄心脚部の外側に同心配置され、各コイル層の巻枠が上下に配された円盤状のコイル支持部材の間に支持され冷媒中に浸漬配置された超電導変圧器において、
内周側の低圧コイル層と外周側の高圧コイル層との間に、絶縁材の円筒状隔壁になる気泡拡散防止用のバリア層が高圧コイル層と比して相対的に低圧コイル層の周面に接近して配置され、該バリア層と高圧コイル層との間に高圧コイル／低圧コイル間の絶縁耐力に対応する所定の絶縁距離が設定されていることを特徴とする超電導変圧器。
【請求項５】
請求項４に記載の超電導変圧器において、前記低圧コイル層、前記高圧コイル層の巻枠は、前記超電導線材の巻回域上端からの長さが巻回域下端からの長さよりも長くなるように上方に延長された延長部を有することを特徴とする超電導変圧器。
【請求項６】
請求項５に記載の超電導変圧器において、前記延長部の軸方向長さが少なくとも６０mm以上に設定されていることを特徴とする超電導変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導限流器，超電導変圧器などの超電導誘導機器を対象に、液体窒素を冷媒としてその冷媒中に浸漬して冷却するようにした超電導コイル，およびその超電導コイルで構成した超電導変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今では、液体窒素温度（大気圧下での沸点：７７Ｋ）以上で超電導の臨界温度をもつ高温酸化物超電導体の出現に伴い、この高温超電導線材を使用して構成した前記の超電導誘導機器を液体窒素の冷媒中に浸漬して冷却し、通電中に超電導線材を臨界温度以下に保持するようにした超電導機器，およびその冷却システムの開発が進んでいる。
【０００３】
次に、超電導変圧器を例に、そのコイル導体に高温超電導線材を用いた超電導コイル，および超電導変圧器の従来構造を図４〜図６に示し、また超電導機器を冷却する液体窒素冷却システムの一例を図７に示す。
【０００４】
まず、図４，および図５（ａ），（ｂ）は、従来技術例として特許文献１に開示されている超電導コイルの略示構成図であり、各図において１は変圧器の鉄心、２は低圧コイル層、３は低圧コイル層２の外周側に対向配置した高圧コイル層であり、低圧コイル層２，高圧コイル層３は鉄心１の脚部（縦向き）を包囲して内外周に同心配置し、各コイル層の間には後述のように液体窒素などの冷媒を通流して極低温に冷却し、その超電導コイルを臨界温度以下の超電導状態に維持して運転するようにしている。なお、図示例では低圧コイル層２を一層、高圧コイル層３を内外二層のコイル層３ａと３ｂに分けて構成している。
【０００５】
ここで、従来技術による超電導コイルは、図５（ａ），（ｂ）で示すようにＦＲＰなどの絶縁材で作られた円筒状の巻枠４の外周面側にテープ状の高温超電導線材５を螺旋状に巻回して構成している。この場合に、現在開発が進められている高温超電導線材（高温酸化物超電導体）５は、厚さ０．１mm，幅５mm程度のテープ状であることから、図示例では高温超電導線材５の幅寸法に合わせて巻枠４の外周面に螺旋状の溝４ａを加工しておき、この溝４ａに沿ってテープ状の超電導線材５を一条，ないし複数条に重ねて溝内に埋め込むように巻回して組立てている。また、超電導線材５の通電に伴う発熱を効率よく除熱するために、図示構造では巻枠４の外周面上に螺旋状溝４ａと交差するよう周上に分散して軸方向に液体窒素が通流する冷却ダクト４ｂを形成している。
【０００６】
また、前記の超電導コイルで低圧コイル層２，高圧コイル層３を構成した超電導変圧器では、図６で示すように各コイル層の巻枠４をその上下に配した円盤状のコイル支持部材６の間に挟持し、上下のコイル支持部材６の間を図示されてないスタッドボルトで締結して固定支持するようにしている。なお、この組立状態では、低圧コイル層２と高圧コイル層３との間に絶縁距離ｄを設定し、変圧器の仕様（％インピーダンスなど）に基づく所定の絶縁耐力（但し、液体窒素に浸漬されている条件）を確保するようにしている。なお、このコイル組立体を冷媒容器に収容して液体窒素中に浸漬した状態では、前記の円盤状コイル支持部材６が冷媒の対流を阻害しないように、コイル支持部材６の盤面には適宜に冷媒穴（不図示）を分散穿孔しておき、各コイル層間に沿って通流する液体窒素の対流の流れを確保するようにしている。
【０００７】
次に、液体窒素を冷媒として超電導コイル，超電導変圧器などの超伝導機器を冷却する液体窒素冷却システムの一例（例えば、非特許文献１参照）を図７に示す。この冷却システムは、超伝導誘導機器７（例えば、超電導変圧器）を収容した冷媒容器（クライオスタット）８と、極低温冷凍機９を装備した冷凍機ユニット１０とに分けた上で、送液ポンプ１１，循環管路１２を介して冷凍機ユニット１０に収容した液体窒素１３を冷媒容器８との間に循環送液し、超伝導誘導機器７の運転時には通電に伴う熱負荷を液体窒素１３で除熱するようしている。なお、この冷凍機ユニット１０では、極低温冷凍機９により液体窒素１３をサブクール状態の過冷却液体窒素（例えば、６５Ｋ）に冷却した上で、極低温容器８に送液するようにしている。また、図中の７ａは超電導機器のコイルに接続して容器外方に引出した電流リード（ブッシング）、１３ａは液体窒素１３の液面上のガス空間を満たしている窒素ガスである。
【０００８】
ところで、前記のようにサブクール状態の液体窒素中に浸漬して使用する超電導機器の定常運転状態では、超電導コイルが臨界温度以下の超電導状態に保持されるので、超電導線はジュール発熱せず液体窒素温度と同程度の温度を保持する。しかしながら、電気系統の事故（短絡）などにより超電導機器のコイルに想定を超える過大な電流が流れた場合は、臨界電流を超えて超電導から常電導状態に転移して高温超電導線材に抵抗が生じ、そのジュール発熱によって超電導線材の温度が急激に上昇するようになる。
【０００９】
この状態になると、高温に発熱した超電導線材からの伝熱を受けた液体窒素は沸点（７７Ｋ）を超えて沸騰し、液体窒素中に気泡が発生する。この場合に、液体窒素は元来良好な絶縁媒体であるが、気化することでその絶縁耐力が大きく低下することから、超電導機器を収容した冷媒容器（接地電位）内に多量の気泡が滞留した状態になると、超電導コイル，電流リードなどの耐電圧が低下して絶縁破壊を引き起こすおそれがある。
【００１０】
そこで、超電導機器の稼働中に冷媒である液体窒素の沸騰で発生した気泡を速やかに消滅させて所定の絶縁性能を保持するための対策として、気泡を積極的に回収して容器外に排出する、あるいは容器内で捕集するなどの気泡消滅手段を備えた超電導装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２４４１０８号公報（図３、図５、図６）
【特許文献２】特開２００７−２７３７４０号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】吉田  茂、他１名、"大気圧過冷却液体窒素を用いた冷却システム"、図３、［online］、太陽日酸技報  No.23(2004)、［平成２３年１１月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tn-sanso-giho.com/pdf/23/16.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、先述のように超電導コイルを冷却する冷媒としてサブクール状態の液体窒素を用い、さらに先記の特許文献２に開示されているような気泡消滅手段を備えたとしても、電力系統の事故などに起因する過電流の通電により、超電導コイルの高温超電導線材が超電導から常電導状態に転移した場合には、ジュール発熱により高温度に上昇した超電導コイルからの伝熱を受けて液体窒素中に気泡が発生することが避けられず、また前記の気泡消滅手段も実用的にはその能力限界があって気泡発生に起因する超電導機器の絶縁耐力低下を防止する根本的な解決策にはならない。
【００１４】
そのほか、図６に示した超電導変圧器のように、低圧コイル層２，高圧コイル層３の巻枠４の上端をその上側に配した円盤状のコイル支持部材６で支持した組立構造では、高温超電導線材５の発熱に伴う沸騰により発生した気泡が液体窒素中を拡散しながら浮上移動してコイル支持部材６の下面側に滞留するようになると、先記のように低圧コイル層２と高圧コイル層３との間に所定の絶縁距離ｄを設定したとしても、層間の耐電圧が低下して絶縁破壊を引き起こす懸念がある。
【００１５】
なお、発明者等が図５に示した超電導コイルを模擬してサブクール状態の液体窒素に浸漬したモデルについて、超電導コイルに短絡電流を模擬した過電流を流した際に液体窒素中に発生する気泡の挙動を高速カメラにより観察したところによれば、過電流の通電開始直後から液体窒素に接するテープ状の高温超電導線材の表面に沸騰が生じ気泡が連続的に発生して上方に浮上移動するのが観察され、また、高温超電導線材の表面に発生する気泡は図５の巻枠４に形成した冷媒ダクト溝４ｂの周辺に多く発生することが確認された。これは、テープ状の高温超電導線材の表，裏両面に液体窒素が直接接しているため、その伝熱界面における熱流束が多くなるからと推測される。
【００１６】
そこで、本発明は前記した気泡挙動の観察結果を基に、液体窒素中に浸漬して冷却する超電導コイル，超電導変圧器について、過大な電流通電に起因して超電導線材が超電導から常電導状態に転移した場合でも、液体窒素の気泡発生を極力抑制して所定の絶縁特性を保持できるように改良した超電導コイル，およびその超電導コイルを用いて構成した超電導変圧器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】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、テープ状の高温超電導線材が円筒状巻枠の外周面に巻回された構成になり、液体窒素を冷媒として該冷媒に浸漬され冷却される超電導コイルにおいて、
円筒状巻枠の外周面には高温超電導線材のテープ幅に相応した螺旋状の溝が形成され、コイル内径側では前記超電導線材のテープ面が該螺旋状溝に沿って巻回されるとともに、コイルの外径側では超電導線材のテープ面が外側から覆われるように絶縁テープで被覆されていて、
前記巻枠の周面上に冷媒が通流する冷却ダクトが形成されておらず、前記超電導線材の表、裏両テープ面および側面に前記冷媒が直接触れないように前記テープ面が隔離されたものとし（請求項１）、具体的には次記のような態様で構成することができる。
（１）前記絶縁テープが、前記螺旋状の溝内に埋め込まれている（請求項２）。
（２）前記絶縁テープは、ガラスクロスに半硬化状のエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグテープで前記超電導線材のテープ面を外側から覆った後に熱硬化処理が施されたものである（請求項３）。
【００１８】
一方、前記の超電導コイルを用いて構成した低圧コイル層と高圧コイル層とが内外周に間隔を隔てて鉄心脚部の外側に同心配置され、各コイル層の巻枠が上下に配された円盤状のコイル支持部材の間に支持され冷媒中に浸漬配置された超電導変圧器において、
内周側の低圧コイル層と外周側の高圧コイル層との間に、絶縁材の円筒状隔壁になる気泡拡散防止用のバリア層が高圧コイル層と比して相対的に低圧コイル層の周面に接近して配置され、該バリア層と高圧コイル層との間に高圧コイル／低圧コイル間の絶縁耐力に対応する所定の絶縁距離が設定されているとよい（請求項４）。
【００１９】
また、前記の超電導変圧器において、前記低圧コイル層、前記高圧コイル層の巻枠は、前記超電導線材の巻回域上端からの長さが巻回域下端からの長さよりも長くなるように上方に延長された延長部を有するとよい（請求項５）。
また、前記延長部の軸方向長さが少なくとも６０mm以上に設定されているとよい（請求項６）。
【発明の効果】
【００２０】
前記構成になる超電導コイル，超電導変圧器によれば、液体窒素の気泡発生を極力抑制して所定の絶縁性能を保持することができる。すなわち、
（１）超電導線材のテープ面をその内径側では巻枠の周面に重ねて巻き付けるとともに、コイルの外径側では超電導線材のテープ面を外側から覆うように絶縁テープを被覆して超電導線材のテープ面が前記冷媒に直接触れないよう隔離することにより、超電導線材と液体窒素とが直接接する伝熱面積が極小となり、かつ超電導線材の外周テープ面に被覆した絶縁テープ（低熱伝導率）が伝熱抵抗体となって、液体窒素との間の伝熱が低くなる。したがって、過大な電流通電に起因して超電導線材が超電導から常電導状態に転移した場合でも、液体窒素の気泡発生を極力抑制して超電導コイルの絶縁特性低下を防ぐことができる。
（２）ここで、超電導線材をコイルの巻枠周面に形成した螺旋状溝に沿ってその溝内に埋め込むように巻回した上で、その外周側のテープ面を絶縁テープで覆うことにより、超電導線材と液体窒素との接触面積をさらに縮小して気泡発生をより効果的に抑制するとともに、コイルターン相互間の絶縁耐力も向上する。
（３）そのほか、高温超電導線材のテープ面に被覆する絶縁テープとして、高引張強度を有するバインドテープ、例えば高引張強度を有するガラスクロステープに半硬化状のエポキシ樹脂などを含浸させたプリプレグを採用することにより、過電流の通電時に超電導線材に作用する電磁力に対して超電導コイルを径方向に支持することができ、さらに超電導コイルを冷却する冷媒にサブクール状態の液体窒素（例えば、６６Ｋ）を使用することで、飽和液体窒素（７７Ｋ）と比べて超電導線材の臨界電流が高まるほか、気泡の発生も少なくなる。
【００２１】
一方、前記の超電導コイルで構成した超電導変圧器において、その低圧コイル層と高圧コイル層との間に絶縁材の円筒状隔壁になる気泡拡散防止用のバリア層を低圧コイル層の周面に接近して配置した上で、該バリア層と高圧コイル層との間には高圧コイル／低圧コイル間の絶縁耐力に対応する所定の絶縁距離を設定した本発明の構成によれば、
過電流の通電により常電導状態に転移した高温超電導線材のジュール発熱を受けて液体窒素中に気泡が発生したとしても、低圧コイル層の周面に発生した気泡は前記バリア層に阻まれて高圧コイル層の方に拡散することがなく、気泡はバリア層と低圧コイル層の外周面との間の細隙に閉じ込められてそのまま上方へ浮上移動するだけである。しかも、バリア層と高圧コイル層との間にはあらかじめ所定の絶縁距離が設定されているので、高圧コイル層／低圧コイル層間の絶縁耐力を確保して超電導変圧器の仕様で定められた絶縁特性を保持できる。
【００２２】
また、前記超電導変圧器における低圧コイル層，高圧コイル層の各層巻枠には、超電導線材の巻回域上端からさらに上方に延在する延長部を形成した上で、該延長部の軸方向長さを少なくとも６０mm以上に設定することにより、過電流通電に伴う発熱により各
コイル層の巻枠に巻回した超電導線材の表面に気泡が発生したとしても、その気泡は前記延長部の周面に沿って上方へ浮上する移動途上で、上方に配した円盤状のコイル支持部材に到達する以前に周囲の液体窒素により冷却されて消滅するので絶縁特性への影響を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例に係わる超電導コイルの略示構成図であって、（ａ）はコイル全体の外形斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるコイル一部の拡大断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係わる超電導コイルのコイル一部の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例に係わる超電導変圧器のコイル層の組立構造を表す縦断面図である。
【図４】超電導変圧器を対象とした超電導コイルの略示配置図である。
【図５】図４における高圧コイル層，低圧コイル層の従来例の構成，配置図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面拡大図である。
【図６】図４に対応する超電導変圧器の従来における高圧コイル層，低圧コイル層の組立構造を表す縦断面図である。
【図７】超電導コイル，超電導変圧器に適用する液体窒素冷却システムのシステムフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明による超電導コイル，および超電導変圧器の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中において、図５，図６に対応する同一部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００２５】
先ず、本発明の第１実施例に係わる超電導コイルの構成を図１（ａ），（ｂ）に示す。この実施例においては、ＦＲＰなどの絶縁材で作られた円筒状の巻枠４に対してその外周面上に巻回したテープ状の高温超電導線材５は、そのコイル内径側のテープ面を巻枠４の周面に直接重ねて巻き付けるとともに、コイルの外径側では超電導線材５のテープ面を外側から覆うように絶縁テープ１４を巻き付けて被覆し、周囲の液体窒素が超電導線材５の表，裏のテープ面に直接触れないように隔離している。なお、この超電導コイルは縦置配置として液体窒素の冷媒中に浸漬し、図中のＯは円筒状巻枠４の軸中心を表している。なお、図示例では巻枠４に超電導線材５を一条巻しているが、複数条の線材を重ね巻きする場合もある。
【００２６】
ここで、前記の絶縁テープ１４は、例えば高引張強度なガラスクロスのテープに半硬化状のエポキシ樹脂などを含浸させたプリプレグのガラスバインドテープを使用し、超電導線材５のテープ面に巻き付けた後に熱硬化処理を施して硬化させている。
【００２７】
前記構成の超電導コイルによれば、通電中に液体窒素の気泡発生を極力抑制して所定の絶縁性能を保持することができる。すなわち、この超電導コイルを液体窒素中に浸漬した状態では、巻枠４の周面に巻き付けた超電導線材５の表，裏両テープ面が液体窒素と直接触れないよう隔離される。これにより、超電導線材５と液体窒素とが直接接する伝熱面積が極小となり、かつ超電導線材５の外周テープ面に被覆した低熱伝導率の絶縁テープ１４が液体窒素との間の伝熱抵抗として働くので、過大な電流通電に起因して超電導線材が超電導から常電導状態に転移して超電導線材５がジュール発熱した場合でも、液体窒素の気泡発生を極力抑制することができる。
【００２８】
また、絶縁テープ１４については、前記のように高引張強度を有するバインドテープを採用することで、過電流の通電時に超電導線材５に作用する電磁力に対して超電導コイルを径方向に支持することができる。さらに、超電導コイルを浸漬して冷却する冷媒として、サブクール状態の液体窒素（例えば、６６Ｋ）を使用することにより、飽和液体窒素（７７Ｋ）の使用と比べて臨界電流が高まるほか、気泡の発生も減少する。
【００２９】
なお、上記の気泡発生抑制効果は、超電導コイルのモデルについて発明者等が行った「気泡の挙動観察試験」でも検証されている。すなわち、この観察試験では超電導コイルの供試モデルとして、図５に示した従来例のコイル（絶縁テープ１５無し）と、本発明を適用した実施例のコイルを用意し、各供試モデルのコイル導体に短絡電流を模擬した過大電流を通電して液体窒素中に発生する気泡の発生状況を観察したところ、実施例のコイルの場合、発生する気泡の平均直径，および発生数が大幅に低減し、過電流通電時間中の気泡発生量は体積比で約１／５以下に抑制できることが実証されている。
【実施例２】
【００３０】
次に本発明の請求項２に係わる第２実施例の構成を図２に示す。この実施例では、円筒状巻枠４の外周面上に、あらかじめ高温超電導線材５のテープ幅に相応した溝幅の螺旋状溝４ａを刻設形成しておき、この螺旋状溝４ａに沿ってその溝内に超電導線材５を埋め込むように巻回した上で、先記の実施例１と同様に外周側から絶縁テープ１４を巻き付けて超電導線材５を覆うようにしている。
【００３１】
これにより、先記実施例１と同様に気泡発生を抑制するとともに、螺旋状溝４ａの溝内に埋め込まれた超電導線材５は液体窒素との接触面積がさらに縮小して気泡発生の抑制効果が高まるほか、コイルターン相互間の沿面距離も増して絶縁耐力がさらに向上する。
【実施例３】
【００３２】
次に、先記の超電導コイルを採用して構成した本発明の請求項５，６に対応する超電導変圧器の実施例を図３に基づいて説明する。
【００３３】
この実施例の超電導変圧器は、図６に示した従来例の超電導変圧器と基本的に同様な組立構造であり、先記の第２実施例（図２参照）で述べた超電導コイルの構成になる低圧コイル層２と高圧コイル層３を内外周に間隔を隔てて鉄心脚部の外側に同心配置し、かつ各コイル層の巻枠４をその上下に配した円盤状のコイル支持部材６の間に支持した上で、このコイル組立体は図示の縦置姿勢で液体窒素の冷媒中に浸漬配置されている。
【００３４】
ここで、本発明により低圧コイル層２と高圧コイル層３との間には、絶縁材の円筒状隔壁になる気泡拡散防止用のバリア層１５を低圧コイル層２の周面との間に５mm程度の
狭い間隙ｄ１に接近して配置するとともに、該バリア層１５と高圧コイル層３との間には高圧コイル／低圧コイル間の所要絶縁耐力に対応する絶縁距離ｄ２を設定している。
【００３５】
この構成により、過電流の通電で常電導状態に転移した高温超電導線材５のジュール発熱を受けて液体窒素中に気泡が発生したとしても、低圧コイル層２の周面に発生した気泡は前記バリア層１５に阻まれて高圧コイル層３の方に拡散することがなく、バリア層１５と低圧コイル層２の外周面との間の狭い間隙に閉じ込められてそのまま上方へ浮上移動する。また、高圧コイル層３の円筒状巻枠４の内周面側には気泡が発生しないので、前記バリア層１５と高圧コイル層３との間の間隔は気泡の無い液体窒素で満たされていて気泡の影響を受けることがない。しかも、バリア層１５と高圧コイル層３（２層分割構造）の内周側に並ぶ高圧コイル層３ａとの間にはあらかじめ所定の絶縁距離ｄ２が設定されているので、低圧コイル層２と高圧コイル層３と間に所定の絶縁耐力を確保して超電導変圧器の仕様で定めた所定の絶縁特性を保持することができる。
【００３６】
なお、この場合に低圧コイル層２の外周面側に発生した気泡がバリア層１５との間の細隙に滞留し、この気泡を介してバリア層１５の電位が低圧コイル２の電位と略同電位になったとしても、前記のようにバリア層１５と高圧コイル層３との間に所定の絶縁距離ｄ２を設定しているので問題なく、また高圧コイル層３の各コイル層３ａ，３ｂの外周面に気泡が発生しても、高圧コイル層３の内周側に間隔ｄ２を隔てて対峙する低圧コイル層２への影響は殆ど生じることはない。
【００３７】
さらに図示実施例では、前記低圧コイル層２，高圧コイル層３の巻枠４の上端側には、該巻枠４に巻回した超電導線材５の巻回域上端からさらに上方に延在する長さＬの延長部を形成した上で、該延長部の軸方向長さＬを少なくとも６０mm以上に設定するよう
にしている。これにより、過電流の通電に伴い各コイル層の巻枠４に巻回した超電導線材５の表面に気泡が発生したとしても、その気泡は前記延長部の周面に沿って上方へ浮上移動する過程の途上で周囲の液体窒素（サブクール状態の液体窒素）で冷却され、その上方側に配した円盤状のコイル支持部材６に到達する以前には気泡が殆ど消滅するようになる。なお、この気泡が消滅に至る挙動は発明者等が行った先記の「気泡の挙動観察試験」でも確認されており、冷媒に液体窒素を使用した場合には、気泡の発生地点から消滅までにいたる距離は約６０mmであることが実験的に検証されている。
【００３８】
したがって、前記のように各コイル層の巻枠４に対してその上端側に軸方向長さ６０mm以上の延長部を形成しておくことにより、過電流の通電に伴いコイル層の外周面側に
発生して上方に浮上移動する気泡が、そのまま巻枠４の上端側に配した円盤状のコイル支持枠６の盤面に開口した冷媒対流用の冷媒穴を通り抜けてその上方に配置した電流リード７ａ（図７参照）などに付着してその絶縁性を損なうトラブル発生を未然に回避することができ、これにより超電導変圧器の稼働中の過電流通電により冷媒の液体窒素中に気泡が発生しても、その電気的な絶縁性能を保持することかできる。
【符号の説明】
【００３９】
１    鉄心
２    低圧コイル層
３    高圧コイル層
４    巻枠
４ａ  螺旋状溝
５    高温超電導線材
６    コイル支持部材
８    冷媒容器
１０    液体窒素冷却ユニット
１３    液体窒素
１４    絶縁テープ
１５    バリア層
ｄ２    バリア層／高圧コイル層間の絶縁距離
Ｌ    巻枠延長部の軸方向長さ
【図１】
0006012170.tif 000002
【図２】
0006012170.tif 000003
【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】
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