(57)【要約】      （修正有）【課題】限流動作時において絶縁性能の低下を抑制できる超電導限流装置を提供する。【解決手段】円筒状の絶縁性巻枠３の外周面上でその巻枠３の軸線方向に沿って超電導線材２が重層することなく複数巻回された超電導コイル５を巻枠３の外径を変えて複数用意し、これらを外径の寸法順にそれぞれの中心軸を合わせて同心円状に所定の絶縁空間だけ離間配置して限流素子１とし、冷媒８で充填した断熱容器９内に配置した超電導限流装置１０において、鉛直方向における巻枠３の上部直径が下部直径よりも小さくなるように形成する。【選択図】図１
2015082543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の絶縁性巻枠の外周面上で該巻枠の軸線方向に沿って超電導線材が重層することなく複数巻回された超電導コイルを前記巻枠の外径を変えて複数用意し、これらを外径の寸法順にそれぞれの中心軸を合わせて同心円状に所定の絶縁空間だけ離間配置して限流素子とし、該限流素子を冷媒で充填した断熱容器内に配置した超電導限流装置において、
鉛直方向における前記巻枠の上部直径Ｄ１が下部直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする超電導限流装置。
【請求項２】
前記巻枠は、前記上部直径Ｄ１及び前記下部直径Ｄ２に関して、（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２＝０．０１〜０．３の条件を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１記載の超電導限流装置。
【請求項３】
隣接する前記巻枠間の上部に形成される上部絶縁間隔Ｗ１と前記巻枠間の下部に形成される下部絶縁間隔Ｗ２に関して、前記上部絶縁間隔Ｗ１が前記下部絶縁間隔Ｗ２より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導限流装置。
【請求項４】
前記超電導コイルの超電導線材間に設けられている絶縁突起の表面に、凹凸を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超電導限流装置。
【請求項５】
前記巻枠に前記超電導線材が巻回された箇所に形成される巻溝面を前記巻枠の中心軸と平行になるように配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超電導限流装置。
【請求項６】
前記超電導線材間の前記絶縁突起は、上部の高さより下部の高さの方が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項４または５記載の超電導限流装置。
【請求項７】
前記限流素子の下方に超音波振動装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の超電導限流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、臨界電流により超電導体が常電導体に相転移するクエンチ現象を利用して過電流を抑制する超電導限流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
限流装置は、事故電流にてインピーダンスを発生し、事故電流を抑制する機器である。近年、大電流を流せる高温超電導体が線材として実用化されるようになり、高温超電導体を限流装置に適用することが検討され始めてきた。
【０００３】
従来の超電導限流装置は、絶縁体で構成された円筒状の巻枠に、断面矩形状で薄膜状の超電導線材を同心螺旋状に重ね巻きせずに多数回巻いて形成した超電導コイルを複数含んでいる。この超電導コイルで上記巻枠の径を変えたものを複数同軸上に配置して限流素子とし、この限流素子を断熱容器であるクライオ容器内に液体冷媒とともに封入して超電導限流装置とされる。
【０００４】
この超電導限流装置の超電導コイルに流れる線路電流が超電導体の臨界電流を超えた時、超電導体のクエンチ（常電導転移）に伴う急激な抵抗値増加により、限流装置としての機能が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９７９０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０２１３号公報
【特許文献３】特開２００６−２３７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構造を有する超電導限流装置では、限流動作時に超電導体が発熱し、上記冷媒が気化してコイル近傍が気液混合状態になる。この限流動作時に発生する気泡がコイル巻線間（ターン間）を橋絡することがあり、高い絶縁性能を維持することが出来ないという課題があった。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、限流動作時において絶縁性能の低下を抑制できる超電導限流装置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】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、円筒状の絶縁性巻枠の外周面上で該巻枠の軸線方向に沿って超電導線材が重層することなく複数巻回された超電導コイルを前記巻枠の外径を変えて複数用意し、これらを外径の寸法順にそれぞれの中心軸を合わせて同心円状に所定の絶縁空間だけ離間配置して限流素子とし、該限流素子を冷媒で充填した断熱容器内に配置した超電導限流装置において、鉛直方向における前記巻枠の上部直径Ｄ１が下部直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る超電導限流装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る超電導限流装置における巻枠の形状を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る超電導限流装置における限流素子の構成を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る超電導限流装置における超電導コイルの構成を示す概略図である。
【図５】第４の実施形態に係る超電導限流装置における超電導コイルの構成を示す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る超電導限流装置における限流素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
（全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る超電導限流装置の全体構成を示す概略図である。本実施形態の超電導限流装置１０は、限流素子１を冷媒８で満たされたクライオ容器９に収納して構成されている。
【００１２】
限流素子１は、複数の超電導コイル５…からなり、例えば、最外層コイル５−１、中間層コイル５−n/2、最内層コイル５−ｎというように、外径の異なる複数個の超電導コイル５…の夫々の中心軸を鉛直方向に一致させて配置してなる。
【００１３】
任意の超電導コイル５は、絶縁体で円筒状の巻枠３の外周面上でその巻枠３の軸線方向に沿って、超電導線材２を螺旋状に、かつ重ね巻きをせずに多数巻回して形成されている。上記超電導線材２は、断面矩形状の薄膜超電導体を積層して形成される。また、巻枠３に巻回された超電導線材２の両端部には、超電導線材２の角部に集中する電界を緩和するために、電界緩和シールド電極７が配設される。
【００１４】
さらに、円筒状の各巻枠３には、図２に示すように、上部直径Ｄ１が下部直径Ｄ２よりも小さくなるように、鉛直軸に対して角度を設けたテーパ３ａが設けられている。ここで、上部直径Ｄ１、下部直径Ｄ２とすると、Ｄ２＞Ｄ１であって、（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２＝０．０１〜０．３の条件を満たすように設定される。上記範囲が０．０１未満では、テーパ３ａを設けた効果が現れず、０．３を超えると空間的に占める割合が大きくなり、小型化の実現が困難となってしまうためである。
【００１５】
（作用・効果）
本実施形態の超電導限流装置１０では、巻枠３について上記所定の形状のテーパ３ａを設けているので、限流動作時に発生した気泡の鉛直方向の浮力が大きくなって超電導コイル５の沿面方向の力が小さくなる。このため、気泡が超電導コイル５の沿面を移動せずに表面から上方へ離脱しやすくなり、気泡による巻線間の橋絡を抑制して高い絶縁性能を維持することができる。
【００１６】
［第２の実施形態］
（構成）
図３は、第２の実施形態に係る超電導限流装置における限流素子の構成を示す概略図である。
【００１７】
図３に示すように、本実施形態おける限流素子１では、隣接する巻枠３間で形成される上部絶縁間隔Ｗ１と下部絶縁間隔Ｗ２について、上部絶縁間隔距離Ｗ１の方が下部絶縁間隔Ｗ２より大きくなるように形成されている。
【００１８】
（作用・効果）
限流時に発生した気泡は、超電導コイル５間を上方に移動していく過程で互いに結合して大きく成長するが、本実施形態では巻枠３の上方の上部絶縁間隔Ｗ１の方が下方の下部絶縁間隔Ｗ２より大きくなるように形成されているので、限流動作時に発生した気泡を超電導限流装置１０から上部の大きな空間へ効率的に排出離脱させることができる。
【００１９】
従って、本実施形態の超電導限流装置によれば、絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００２０】
［第３の実施形態］
（構成）
図４は、第３の実施形態に係る超電導限流装置における超電導コイルの構成を示す概略図である。
【００２１】
図４に示すように、本実施形態おける超電導コイル５では、巻枠３に巻回された隣接する超電導線材２間に位置する絶縁突起１１に、凹凸形状１２が設けられている。
【００２２】
（作用・効果）
本実施形態の超電導限流装置では、超電導線材２間の絶縁突起１１表面に形成された凹凸形状１２により、限流動作時に超電導コイル５表面に発生した気泡と巻枠３との接触面積が小さくなるので、気泡の超電導コイル５表面からの離脱が促進される。このため、限流動作時に発生する気泡による巻線間の橋絡を抑制して、超電導コイル５の外側へ効率よく排出することができ、絶縁性能を高く維持することができる。
【００２３】
［第４の実施形態］
（構成）
図５は、第４の実施形態に係る超電導限流装置における超電導コイルの構成を示す断面図である。
【００２４】
図５に示すように、本実施形態おける超電導コイル５では、巻枠３に超電導線材２が巻回した箇所に形成される巻溝面１３が巻枠中心軸と平行になるように構成される。また、超電導線材２間の絶縁突起１１の高さは、上部１１ａより下部１１ｂの方が大きくなるように形成されている。
【００２５】
（作用・効果）
本実施形態の超電導限流装置では、巻溝面１３を巻枠中心軸と平行としているので、超電導線材２にアンバランスなテンションが掛かることを防止することができ、またターン間の絶縁距離が増えるので絶縁性能が向上する。さらに、本実施形態の超電導限流装置では、絶縁突起１１の下部１１ｂの高さを上部１１ａより大きくなるようにしたので、超電導線材２間の絶縁距離を大きくとることができる。
【００２６】
従って、本実施形態によれば、限流動作時に発生する気泡による巻線間の橋絡を抑制して、超電導コイル５の外側へ効率よく排出することができ、絶縁性能を高く維持することができる。
【００２７】
［第５の実施形態］
（構成）
図６は、第５の実施形態に係る超電導限流装置における限流素子の構成を示す断面図である。
図６に示すように、本実施形態の超電導限流装置では、限流素子１における巻枠３の下部に超音波振動装置１４を設けている。
【００２８】
（作用・効果）
本実施形態の超電導限流装置では、超音波振動装置１４により超電導コイル５が超音波振動しているため、限流動作時に超電導コイル５表面に発生した気泡は大きく成長せず、小さい気泡で超電導コイル５の表面から離脱しやすくなる。
【００２９】
このため、本実施形態の超電導限流装置によれば、限流動作時に発生した気泡を大きく成長させずに効率良く超電導コイル５表面から離脱させることができるので、絶縁性能を高く維持することができる。
【００３０】
[他の実施形態]
（１）上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、第１の実施形態または第２の実施形態に係る超電導限流装置において、第３の実施形態のように絶縁突起１１に凹凸形状１２を設けたり、第４の実施形態のように巻溝面１３が巻枠中心軸と平行になるように構成したり、第５の実施形態のように巻枠３の下部に超音波振動装置１４を設けたりすることもできる。
【００３１】
（２）第３の実施形態では、絶縁突起１１の全体に凹凸形状１２を設けたが、絶縁突起１１の一部にのみ凹凸形状１２を設けることもできる。
【００３２】
（３）第４の実施形態では、巻溝面１３を巻枠中心軸と平行にし、かつ、超電導線材２間の絶縁突起１１の高さを上部１１ａより下部１１ｂの方が大きくする構成としたが、いずれか一方のみの構成とすることによっても、気泡を大きく成長させずに超電導コイル５表面から離脱させることができ、絶縁性能を維持することができる。
【００３３】
（４）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１…限流素子
２…超電導線材
３…巻枠
５−１…最外層コイル
５−ｎ…最内層コイル
５−1/2…中間層コイル
７…電界緩和シールド電極
８…冷媒
９…クライオ容器
１０…超電導限流装置
１１…絶縁突起
１１ａ…上部、１１ｂ…下部
１２…凹凸形状
１３…巻溝面
１４…超音波振動装置
【図１】
2015082543.tif 000003
【図２】
2015082543.tif 000004
【図３】
2015082543.tif 000005
【図４】
2015082543.tif 000006
【図５】
2015082543.tif 000007
【図６】
2015082543.tif 000008