(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導部と、
前記超電導部を収容する容器と、
前記超電導部を冷却するための冷却部と、
前記容器を貫通して前記超電導部に電気的に接続され、前記超電導部に電流を供給する電流端子と、
前記容器外部の電源と前記電流端子との間に配設される配線部材と、
前記容器の外部に引き出されている前記電流端子の一部分、前記電流端子と前記配線部材との接続部、および、前記配線部材の前記接続部に繋がる一部分を覆うように構成された断熱材とを備え、
前記断熱材において、前記電流端子から前記電源側に離れた第１の位置における断熱性能は、前記第１の位置よりも前記電流端子側の第２の位置における断熱性能よりも低い、超電導機器。
【請求項２】
前記超電導部が臨界温度以下にまで冷却され、かつ、前記超電導部が非通電状態である場合において、前記断熱材の前記電源側の端部から露出する前記配線部材の表面温度は、前記容器の外部の露点温度よりも高い、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記第１の位置における前記断熱材の厚みは、前記第２の位置における前記断熱材の厚みよりも薄い、請求項１または請求項２に記載の超電導機器。
【請求項４】
前記断熱材は、
前記第１の位置に配される第１の断熱部と、
前記第２の位置に配される第２の断熱部とを含み、
前記第１の断熱部を構成する断熱材料は、前記第２の断熱部を構成する断熱材料よりも熱伝導率が高い、請求項１または請求項２に記載の超電導機器。
【請求項５】
前記断熱材よりも更に前記電源側に離れた位置において前記配線部材を覆うように設けられ、前記配線部材に付着する水分を吸収する吸水部材をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項６】
前記電流端子の一部、前記接続部および前記配線部材の一部分の各々の表面と、前記断熱材との間に設けられた接着層をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項７】
前記断熱材は、少なくとも前記接続部に対して着脱可能に取り付けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項８】
前記断熱材は、耐水性を有する絶縁材料により構成される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、超電導部を断熱状態に収容する容器と、容器内の超電導部が臨界温度以下となるように超電導部を冷却するための冷却部と、容器を貫通して超電導部に電気的に接続され、超電導部に電流を供給する電流端子とを備えた超電導機器が知られている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５１８号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の超電導機器においては、超電導部が臨界温度以下の極低温に冷却されると、超電導部に接続されている電流端子もその影響で冷却される。この冷却された電流端子が容器外部の空気雰囲気に晒されると、電流端子の表面において結露や着霜が発生することがある。具体的には、電流端子の周囲の空気が露点温度以下にまで冷却されると、電流端子の表面で結露がはじまる。電流端子がさらに低温になり、電流端子の表面温度が０℃以下になると、結露水が氷結する、あるいは、電流端子の周囲の空気中に含まれる水分が冷却されて霜を形成することによって、電流端子の表面に着霜が生じることがある。
【０００５】
電流端子の表面に結露および着霜が生じた場合、超電導部を通電状態にしたときに、温度上昇した電流端子の表面を伝って周囲に水滴が落下することがある。そのため、たとえば、落下した水滴が周辺の電気部品の内部に侵入することで、ショート故障などの電気的故障を引き起こす可能性がある。電流端子の表面に形成される結露や着霜を抑制するための技術として、特許文献１および２には、電流端子の表面に熱エネルギを与えることにより、電流端子の表面を着霜温度または結露温度以上に維持する構成が開示されている。
【０００６】
上記の超電導機器において、電流端子は、電気配線によって容器外部の電源に電気的に接続されている。したがって、電流端子が冷却されると、該電流端子に繋がる電気配線の一部分も冷却される。そのため、電気配線の一部分の表面にも結露や着霜が生じることがある。上記特許文献１および２は、電気配線における結露や着霜までは十分に考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的には、結露および着霜を抑制することが可能な超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る超電導機器は、超電導部と、超電導部を収容する容器と、超電導部を冷却するための冷却部と、容器を貫通して超電導部に電気的に接続され、超電導部に電流を供給する電流端子と、容器外部の電源と電流端子との間に配設される配線部材と、容器の外部に引き出されている電流端子の一部分、電流端子と配線部材との接続部、および、接続部に繋がる配線部材の一部分を覆うように構成された断熱材とを備える。断熱材において、電流端子から電源側に離れた第１の位置における断熱性能は、第１の位置よりも電流端子側の第２の位置における断熱性能よりも低い。
【発明の効果】
【０００９】
上記によれば、超電導機器における結露および着霜を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超電導機器を概略的に示した断面図である。
【図２】図１に示される断熱材の断面模式図である。
【図３】断熱材の厚みの一例を説明する図である。
【図４】比較例１に係る超電導機器の構成を概略的に示した部分断面図である。
【図５】比較例２に係る超電導機器の構成を概略的に示した部分断面図である。
【図６】比較例３に係る超電導機器の構成を概略的に示した部分断面図である。
【図７】実施例に係る超電導機器の構成を概略的に示した部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る超電導機器を連続運転させたときの各部の表面温度の変化を示したグラフである。
【図９】本発明の実施の形態１に係る超電導機器を連続運転させたときの各部の表面温度の変化を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る超電導機器における断熱材の断面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る超電導機器における断熱材および吸水部材の断面模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る超電導機器における断熱材の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１２】
（１）本発明の一態様に係る超電導機器は、超電導部と、超電導部を収容する容器と、超電導部を冷却するための冷却部と、容器を貫通して超電導部に電気的に接続され、超電導部に電流を供給する電流端子と、容器外部の電源と電流端子との間に配設される配線部材と、容器の外部に引き出されている電流端子の一部分、電流端子と配線部材との接続部、および、接続部に繋がる配線部材の一部分を覆うように構成された断熱材とを備える。断熱材において、電流端子から電源側に離れた第１の位置における断熱性能は、第１の位置よりも電流端子側の第２の位置における断熱性能よりも低い。
【００１３】
上記構成によれば、超電導部を臨界温度以下にまで冷却した場合において、断熱材および断熱材から露出する配線部材の表面に結露または着霜が発生することを抑制することができる。
【００１４】
（２）好ましくは、超電導部が臨界温度以下にまで冷却され、かつ、超電導部が非通電状態である場合において、断熱材の電源側の端部から露出する配線部材の表面温度は、容器の外部の露点温度よりも高い。
【００１５】
上記構成によれば、断熱材の電源側の端部から露出する配線部材の表面に結露または着霜が発生することを抑制することができる。
【００１６】
（３）好ましくは、第１の位置における断熱材の厚みは、第２の位置における断熱材の厚みよりも薄い。
【００１７】
上記構成によれば、第１の位置における断熱材の断熱性能を、第２の位置における断熱材の断熱性能よりも低くすることができる。
【００１８】
（４）好ましくは、断熱材は、第１の位置に配される第１の断熱部と、第２の位置に配される第２の断熱部とを含む。第１の断熱部を構成する断熱材料は、第２の断熱部を構成する断熱材料よりも熱伝導率が高い。
【００１９】
上記構成によれば、第１の位置における断熱材の断熱性能を、第２の位置における断熱材の断熱性能よりも低くすることができる。
【００２０】
（５）好ましくは、超電導機器は、断熱材よりも更に電源側に離れた位置において配線部材を覆うように設けられ、配線部材に付着する水分を吸収する吸水部材をさらに備える。
【００２１】
上記構成によれば、断熱材の電源側の端部から露出する配線部材の表面に結露または着霜が生じた場合であっても、当該表面を伝って水滴が落下することを防ぐことができる。
【００２２】
（６）好ましくは、超電導機器は、電流端子の一部、接続部および配線部材の一部分の各々の表面と、断熱材との間に設けられた接着層をさらに備える。
【００２３】
上記構成によれば、電流端子、接続部および配線部材の各々の表面と断熱材との間に隙間ができることを抑制できる。したがって、当該隙間に入り込んだ空気が冷却されることによって、電流端子、接続部および配線部材の表面に結露や着霜が生じることを防ぐことができる。
【００２４】
（７）好ましくは、断熱材は、少なくとも接続部に対して着脱可能に取り付けられている。
【００２５】
上記構成によれば、超電導機器における部品の交換作業などにおいて電流端子から配線部材を容易に取り外すことができるため、作業を効率的に行なうことが可能となる。
【００２６】
（８）好ましくは、断熱材は、耐水性を有する絶縁材料により構成される。
上記構成によれば、断熱材内部の微小空隙内で結露が生じることで、断熱材の断熱性能および電気的絶縁性が低下することを防ぐことができる。
【００２７】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００２８】
＜実施の形態１＞
（超電導機器の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導機器を概略的に示した断面図である。図１に示されるように、本実施の形態１に係る超電導機器１００は、超電導コイル体９１と、断熱容器１１１と、冷却装置１２１と、ホース１２２と、コンプレッサ１２３と、電流端子１０ａ，１０ｂと、ケーブル１３１ａ，１３１ｂと、電源１３２と、断熱材１５ａ，１５ｂとを備える。
【００２９】
断熱容器１１１は、超電導コイル体９１を収容する。断熱容器１１１の内部は、真空状態に維持されている。真空状態とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味する。
【００３０】
超電導コイル体９１は、超電導線材を巻回して形成されたコイル部と、該コイル部と冷却装置１２１とを伝熱可能に繋ぐ伝熱板とを含む。
【００３１】
超電導コイル体９１は、冷却装置１２１によって冷却される。冷却装置１２１は、超電導コイル体９１に熱的に接続された冷却ヘッド２０を有する。冷却装置１２１は、ホース１２２を介して、コンプレッサ１２３につながっている。冷却装置１２１は、超電導コイル体９１のコイル部を構成する超電導材料の臨界温度以下の極低温を冷却ヘッド２０に発生させる。これにより、冷却ヘッド２０に伝熱板で接続されたコイル部が極低温に冷却される。
【００３２】
超電導コイル体９１は本発明における「超電導部」の一実施例に対応する。超電導部は、超電導コイル体９１に限られず、超電導線材が巻回されていない構成であってもよい。また、冷却装置１２１は、本発明における「冷却部」の一実施例に対応する。冷却部は、冷却装置１２１を用いずに、断熱容器１１１内に収容された液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒に超電導部を浸漬させる構成としてもよい。
【００３３】
電流端子１０ａ，１０ｂは、断熱容器１１１を貫通して超電導コイル体９１に電気的に接続されている。電流端子１０ａ，１０ｂは、断熱容器１１１の外部に設けられた電源１３２から電力の供給を受けて超電導コイル体９１に電流を供給する。本明細書では、電流端子１０ａ，１０ｂにおいて共通する構成を説明する場合には、電流端子１０ａ，１０ｂを「電流端子１０」と総称する。なお、電流端子１０を形成する材料としては導電材料であれば特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が例示される。
【００３４】
ケーブル１３１ａ，１３１ｂは、電流端子１０ａ，１０ｂと電源１３２との間に配設される。すなわち、電流端子１０ａは、ケーブル１３１ａを介して電源１３２に電気的に接続され、電流端子１０ｂは、ケーブル１３１ｂを介して電源１３２に電気的に接続される。本明細書では、ケーブル１３１ａ，１３１ｂにおいて共通する構成を説明する場合には、ケーブル１３１ａ，１３１ｂを「ケーブル１３１」と総称する。なお、ケーブル１３１を形成する材料としては、電流端子１０と同様に、導電材料であれば特に限定されない。
【００３５】
電流端子１０ａとケーブル１３１ａとを繋ぐ接続部１３０ａ、および、電流端子１０ｂとケーブル１３１ｂとを繋ぐ接続部１３０ｂは、それぞれ、その構成は特に限定されない。たとえば、圧着やねじによる固定などの公知の手段を接続部に適用することができる。本明細書では、接続部１３０ａ，１３０ｂを「接続部１３０」とも総称する。
【００３６】
電源１３２から電流を流すことにより、超電導コイル体９１は、磁場（磁束）を発生する。図１に示された構成では、断熱容器１１１内に磁場印加領域ＳＣが設けられている。
【００３７】
断熱材１５ａは、断熱容器１１１の外部に引き出された電流端子１０ａの一部分、接続部１３０ａ、およびケーブル１３１ａの一部分を覆うように設けられている。断熱材１５ｂは、断熱材１５ａと同様に、断熱容器１１１の外部に引き出された電流端子１０ｂの一部分、接続部１３０ｂおよびケーブル１３１ｂの一部分を覆うように設けられている。本明細書では、断熱材１５ａ，１５ｂにおいて共通する構成を説明する場合には、断熱材１５ａ，１５ｂを「断熱材１５」と総称する。
【００３８】
（断熱材の構成）
以下、図１に示される断熱材１５の詳細な構成について説明する。
【００３９】
図２は、断熱材１５の断面模式図である。図２では、説明の容易化のため、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１が、断熱容器１１１の外表面に対して垂直な方向（紙面水平方向）に沿って配置されているものとする。
【００４０】
なお、電流端子１０は、接続部１３０とは反対側の端部において、超電導コイル体９１（図１）に電気的に接続されている。ケーブル１３１は、接続部１３０とは反対側の端部において電源１３２（図１）に電気的に接続されている。
【００４１】
図２に示されるように、断熱材１５は、中空状の管状体からなり、断熱容器１１１の外表面から電流端子１０およびケーブル１３１の配設方向に沿って延在する。図２には、断熱容器１１１の外表面を基準点（零点）としたときの断熱材１５の延在方向の位置が併記されている。
【００４２】
断熱材１５は、耐水性を有する絶縁材料によって構成される。断熱材１５内部の微小空隙内で結露が生じることで、断熱材１５の断熱性能および電気的絶縁性が低下することを防ぐためである。断熱材として一般に用いられている材料には、グラスウールなどの繊維系や、ウレタンフォームおよび発泡ゴムなどの発泡系の材料があるが、断熱材１５を形成する材料としては、独立気泡ニトリル系合成ゴムが好適に用いられる。
【００４３】
断熱材１５は、電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分の表面を覆っている。電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５との間には、接着剤またはグリースなどからなる接着層１６が設けられている。接着層１６を用いて電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の表面に断熱材１５を密着させることで、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５との間に隙間ができることが抑制される。これにより、当該隙間に入り込んだ空気が冷却されることによって、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の表面に結露や着霜が生じることを防ぐことができる。
【００４４】
なお、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５とを密着させる方法は、接着層１６を用いる方法に限定されない。たとえば、断熱材１５に伸縮性を持たせることにより、その伸縮性を利用した圧迫力によって断熱材１５を電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面に密着させることができる。
【００４５】
図２に示されるように、断熱材１５において、中空状の管状体の径方向における厚みをｔｈとすると、厚みｔｈは断熱材１５の延在方向において不均一となっている。図３は、断熱材１５の厚みｔｈの一例を説明する図である。図３において、横軸は基準点（零点）に対する位置を示し、縦軸は断熱材１５の厚みｔｈを示す。
【００４６】
図３に示されるように、基準点から位置Ｌ１までの区間Ｓ１において、断熱材１５の厚みｔｈはＴ１となっている。これに対して、基準点に対して位置Ｌ１よりも電源１３２側に離れている位置Ｌ２からＬ３までの区間Ｓ２において、断熱材１５の厚みｔｈはＴ２となっている（Ｔ２＜Ｔ１）。すなわち、区間Ｓ１における断熱材１５の厚みに比べて、区間Ｓ１よりも電源１３２側に位置する区間Ｓ２における断熱材１５の厚みが薄くなっている。
【００４７】
断熱材１５を単一種類の断熱材料を用いて形成した場合、断熱材の厚みｔｈが薄くなるほど、断熱性能が低下する。したがって、区間Ｓ１に比べて、区間Ｓ２は、断熱材１５の断熱性能が低くなっている。
【００４８】
このような構成とすることにより、断熱材１５では、電流端子１０から電源側に離れた第１の位置（区間Ｓ２内の位置Ｐ２に相当）における断熱性能は、第１の位置よりも電流端子１０側の第２の位置（区間Ｓ１内の位置Ｐ１に相当）における断熱性能よりも低くなっている。
【００４９】
なお、図２に示されるように、区間Ｓ１内には電流端子１０および接続部１３０が配置されていることが好ましく、区間Ｓ２内にはケーブル１３１のみが配置されていることが好ましい。これにより、実施の形態１に係る断熱材１５によれば、断熱材１５およびケーブル１３１の各々の表面において結露や着霜が発生することを抑制することができる。
【００５０】
以下、図４から図６に示す比較例および図７に示す実施例を参照しながら、本実施の形態１に係る断熱材１５の作用効果について説明する。
【００５１】
［比較例１］
比較例１として、断熱容器１１１の外部に引き出されている電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１のいずれもが断熱材で覆われていない超電導機器を準備した。図４には、比較例１に係る超電導機器における電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分の断面が模式的に示されている。比較例１は、断熱材１５が省略されている点において、図７に示される実施例と異なる。超電導機器の他の条件については、実施例に対応する条件と同じであるので以後の説明は繰り返さない。
【００５２】
［比較例２］
比較例２として、断熱容器１１１の外部に引き出されている電流端子１０の一部分および接続部１３０が断熱材１５で覆われている超電導機器を準備した。図５には、比較例２に係る超電導機器における電流端子１０、接続部１３０、ケーブル１３１の一部分および断熱材１５の断面が模式的に示されている。比較例２は、ケーブル１３１が断熱材で覆われていない点において、図７に示される実施例とは異なる。超電導機器の他の条件については、実施例に対応する条件と同じであるので以降の説明は繰り返さない。
【００５３】
［比較例３］
比較例３として、断熱容器１１１の外部に引き出されている電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分が断熱材１５で覆われている超電導機器を準備した。図６には、比較例３に係る超電導機器における電流端子１０、接続部１３０、ケーブル１３１の一部分および断熱材１５の断面が模式的に示されている。比較例３は、断熱材１５の厚みが断熱材１５の延在方向において均一となっている点において、図７に示される実施例とは異なる。すなわち、比較例３では、断熱材１５の断熱性能が断熱材１５の延在方向において均一となっている。
【００５４】
［実施例］
実施例として、断熱容器１１１の外部に引き出されている電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分が断熱材１５で覆われている超電導機器を準備した。図７には、実施例に係る超電導機器における電流端子１０、接続部１３０、ケーブル１３１の一部分および断熱材１５の断面が模式的に示されている。
【００５５】
比較例１〜３および実施例について、超電導コイル体９１を極低温に維持した状態であって、かつ、超電導コイル体９１を非通電状態としたときの、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の表面温度を評価した。比較例２，３および実施例については、さらに断熱材１５の表面温度を評価した。
【００５６】
図４から図７には、比較例１〜３および実施例に係る超電導機器における表面温度を示すグラフがそれぞれ示されている。各グラフにおいて、横軸は基準点（零点）に対する位置を示し、縦軸は各部の表面温度を示す。また、実線は電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の表面温度を示し、破線は断熱材１５の表面温度を示す。
【００５７】
図４に示されるように、比較例１では、断熱材１５を省略したことで、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の表面が断熱容器１１１外部の空気雰囲気に晒されている。そのため、基準点（零点）付近での電流端子１０の表面温度は、断熱容器１１１内の電流端子１０の表面温度とほぼ同等であるが、空気雰囲気からの侵入熱を直接的に受けることによって、基準点から離れるに従って表面温度が上昇し、空気雰囲気の温度（外気温）にまで到達する。
【００５８】
このとき、表面温度が断熱容器１１１外部の空気雰囲気の露点温度よりも低くなる位置においては、その周辺の空気中の水蒸気が露点温度以下にまで冷却されるために、表面に結露や着霜が生じることがある。比較例１では、電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分の各々の表面に、結露または着霜が生じる可能性がある。
【００５９】
比較例２では、図５に示されるように、断熱材１５で覆われている、電流端子１０の一部分および接続部１３０の各々の表面温度は、断熱容器１１１内の電流端子１０の表面温度とほぼ同等の低温に維持されている。一方、断熱材１５の表面は、電流端子１０および接続部１３０との熱伝達が遮断され、露点温度以上に維持されている。よって、断熱材１５の表面に結露や着霜が発生することがない。
【００６０】
その一方で、断熱材１５から露出しているケーブル１３１は、空気雰囲気からの侵入熱を直接的に受けるため、接続部１３０の電源側の端部である位置から電源側に離れるに従って表面温度が上昇し、外気温にまで到達する。
【００６１】
比較例２では、電流端子１０の一部分および接続部１３０を断熱材１５で覆ったことによって、空気中の水蒸気を遮断することができるため、断熱材１５で覆われている部分の表面においても結露や着霜が発生することがない。一方、ケーブル１３１は空気雰囲気に晒された状態となっているが、断熱材１５の電源側の端部付近では、表面温度が露点温度以下であり、その表面に結露や着霜が発生することになる。
【００６２】
比較例３では、図６に示されるように、断熱材１５で覆われている、電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分の各々の表面温度は、断熱容器１１１内の電流端子１０の表面温度とほぼ同等の低温に維持されている。一方、断熱材１５の表面は、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１との熱伝達が遮断され、露点温度以上に維持されている。よって、断熱材１５の表面に結露や着霜が発生することがない。
【００６３】
その一方で、断熱材１５から露出しているケーブル１３１は、空気雰囲気からの侵入熱を直接的に受けるため、断熱材１５の電源側の端部である位置から電源側に離れるに従って表面温度が上昇し、外気温にまで到達する。
【００６４】
比較例３においても、比較例２と同様に、断熱材１５が空気中の水蒸気を遮断するため、断熱材１５に覆われている部分、すなわち、電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分の表面において結露および着霜が発生することがない。一方、断熱材１５から露出した部分のケーブル１３１については、断熱材１５の電源側の端部付近における表面温度が露点温度以下であり、その表面に結露や着霜が発生することになる。
【００６５】
ここで、断熱材１５から露出した部分のケーブル１３１において結露や着霜が発生することを避けるためには、当該部分の表面温度を全て露点温度以上にしなくてはならない。図６に示されるようにケーブル１３１を断熱材で覆った場合、断熱材に覆われているケーブル１３１の表面温度は、断熱材で覆われていない場合に比べて相対的に小さい温度勾配ながらも、基準点から離れるに従って徐々に上昇することになる。これによれば、ケーブル１３１の表面温度が露点よりも高い温度にまで上昇する位置までケーブル１３１を断熱材で覆う構成とすれば、断熱材から露出した部分のケーブル１３１の表面温度をすべて露点温度以上にすることができる。
【００６６】
しかしながら、断熱材の断熱性能を保ちながら、断熱材で覆われた部分の表面温度を露点温度以上にまで上昇させるためには、上述のように当該部分の表面温度の温度勾配が小さいため、断熱材の延在方向における長さを非常に長くしなければならない。断熱材の長さを長くすることで、ケーブル１３１の長さも長くなるため、結果的に超電導機器が大型化し、大きな設置スペースが必要となるなどの不都合が生じる。
【００６７】
これに対して、実施例では、接続部１３０に繋がるケーブル１３１の一部分までを断熱材１５で覆うとともに、電流端子１０から電源側に離れた位置における断熱性能を、当該位置よりも電流端子側の位置における断熱性能よりも低下させている。これにより、図７に示されるように、断熱性能を低下させた位置で断熱材１５に覆われているケーブル１３１の表面温度は、断熱性能を低下させていない位置で断熱材１５に覆われているケーブル１３１の表面温度に比べて、より大きな温度勾配で上昇する。そして、断熱材１５の電源側の端部に相当する位置では、ケーブル１３１の表面温度は露点温度よりも高い温度となっている。したがって、断熱材１５から露出している部分において、ケーブル１３１の表面に結露が発生することがない。
【００６８】
すなわち、実施例では、上述のように、電流端子１０から電源側に離れた位置における断熱性能を、当該位置よりも電流端子側の位置における断熱性能よりも低下させたことで、当該位置における表面温度が、当該位置以外の位置における表面温度よりも上昇しやすくなっている。そのため、断熱材１５で覆われた部分の表面温度を露点温度以上にまで上昇させるために、断熱材１５の延在方向における長さが増大することを抑制することができる。
【００６９】
さらに、断熱材１５の表面は、断熱性能を低下させた部分においても、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１との熱伝達が遮断され、露点温度以上に維持されているため、断熱材１５の全域に亘ってその表面に結露や着霜が発生することがない。
【００７０】
この結果、断熱材１５およびケーブル１３１を大型化することなく、断熱材１５およびケーブル１３１の各々において、表面に結露や着霜が発生することを抑制することができる。
【００７１】
（ケーブルの構成）
上記のように、本実施の形態１に係る超電導機器では、電流端子１０の一部分、接続部１３０およびケーブル１３１の一部分を断熱材１５で覆うため、超電導コイル体９１を通電させたときに、断熱材１５で覆われている部分における放熱性が低下してしまう。そのため、超電導機器を連続運転させた場合に、断熱材１５で覆われている部分が過昇温状態となり、構成材料の許容温度を超える可能性がある。
【００７２】
断熱材１５により過昇温状態となることを避けるためには、放熱性の低下に合せて、発熱量を低下させることが好ましい。断熱材１５に覆われた部分において、構成材料の許容温度以下の温度領域で発熱量と放熱量とをバランスさせることができれば、理想的には温度上昇が抑制される。
【００７３】
ここで、導電部材における発熱量Ｑ［Ｗ］は、導電部材を流れる電流値Ｉ［Ａ］および導電部材の電気抵抗Ｒ［Ω］を用いて、Ｑ＝Ｒ・Ｉ２で表される。本実施の形態１では、ケーブル１３１の断面積を大きくすることで、ケーブル１３１の電気抵抗を低減する。ケーブル１３１の断面積は、超電導機器の運転条件（運転電流および連続運転時間など）に応じて、ケーブル１３１での発熱量と、ケーブル１３１からの放熱量とが、構成材料の許容温度以下の温度領域でバランスするように設定される。なお、ケーブル１３１からの放熱量には、ケーブル１３１から電流端子１０側および電源１３２側のそれぞれへの侵入熱、およびケーブル１３１から断熱材１５への侵入熱が含まれる。
【００７４】
図８および図９は、ケーブル１３１の断面積が異なる２種類の超電導機器について、各々を連続運転させたときの各部の表面温度の変化を示したグラフである。これら２種類の超電導機器は、ケーブル１３１の断面積を除く他の条件が同じである。
【００７５】
図８は、ケーブル１３１の断面積をＡ［ｍｍ２］としたときの各部の表面温度の変化を示し、図９は、ケーブル１３１の断面積をＡの２倍（２×Ａ［ｍｍ２］）としたときの各部の表面温度の変化を示す。なお、断面積を２倍とした場合、ケーブルの電気抵抗は約１／２に低下する。したがって、ケーブルの発熱量は約１／２に減少する。
【００７６】
図８および図９の各々において、横軸は超電導機器の連続運転時間を示し、縦軸は温度を示す。図中の実線ｋ１は断熱材１５に覆われていない部分におけるケーブル１３１の表面温度を示し、実線ｋ２は断熱材１５の厚みが相対的に薄い部分におけるケーブル１３１の表面温度を示し、実線ｋ３は断熱材１５の厚みが相対的に厚い部分におけるケーブル１３１の表面温度を示し、実線ｋ４は断熱容器１１１の外部に引き出されている電流端子１０の表面温度を示す。
【００７７】
図８に示されるように、超電導機器を連続運転したときの各部の温度変化は、電流端子１０の温度上昇が最も大きくなる。そして、電流端子１０に次いで、断熱材１５の厚みが厚い部分、断熱材１５の厚みが薄い部分、断熱材１５が覆われていない部分の順番に温度上昇が大きくなっている。そのため、連続通電時間が長くなると、電流端子１０および断熱材１５の厚みが厚い部分におけるケーブル１３１の表面温度が許容温度を超える可能性がある。
【００７８】
これに対して、ケーブル１３１の断面積を２倍に増やした超電導機器では、図９に示されるように、温度上昇が大きくなる順番は変わらないものの、温度上昇の大きさが減少している。そして、連続通電時間が長くなっても、各部の温度は許容温度以下でほぼ一定に保たれている。これは、各部において発熱量と放熱量とがバランスしていることを示している。
【００７９】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２に係る超電導機器において、断熱材は、熱伝導率が異なる複数の断熱材料を用いて形成される。実施の形態２に係る超電導機器の構成は、断熱材１５Ａの構成を除いて、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００８０】
図１０は、実施の形態２に係る超電導機器における断熱材１５Ａの断面模式図である。図１０では、説明の容易化のため、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１が、断熱容器１１１の外表面に対して垂直な方向（紙面水平方向）に沿って配置されているものとする。
【００８１】
図１０に示されるように、断熱材１５Ａは、中空状の管状体からなり、断熱容器１１１の外表面から電流端子１０およびケーブル１３１の配設方向に沿って延在する。図１０には、断熱容器１１１の外表面を基準点（零点）としたときの断熱材１５Ａの延在方向の位置が併記されている。
【００８２】
断熱材１５Ａは、実施の形態１に係る断熱材１５と同様に、耐水性を有する絶縁材料によって構成される。ただし、断熱材１５Ａは、熱伝導率が互いに異なる複数の断熱部によって構成される。図１０の例では、断熱材１５Ａは、断熱部１７α（第２の断熱部）および断熱部１７β（第１の断熱部）によって構成されている。
【００８３】
電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５Ａ（断熱部１７αおよび１７β）との間には、接着剤またはグリースなどからなる接着層１６が設けられている。ただし、断熱材１５と同様に、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５Ａとを密着させる方法は、接着層１６を用いる方法に限定されない。
【００８４】
断熱部１７α（第２の断熱部）は、基準点（零点）から位置Ｌ４までの区間Ｓ３に配置され、断熱部１７β（第１の断熱部）は、位置Ｌ４からＬ５までの区間Ｓ４に配置される。図１０に示されるように、断熱部１７αは、主に電流端子１０の一部分と接続部１３０とを覆うように配置され、断熱部１７βは、主にケーブル１３１を覆うように配置されることが好ましい。
【００８５】
断熱材１５Ａにおいて、断熱部１７βを構成する断熱材料は、断熱部１７αを構成する断熱材料材よりも熱伝導率が高くなっている。そのため、断熱部１７αの厚みｔｈと断熱部１７βの厚みｔｈとを等しくした場合であっても、区間Ｓ３に比べて、区間Ｓ４は、断熱材１５Ａの断熱性能が低くなる。
【００８６】
このような構成とすることにより、断熱材１５Ａでは、電流端子１０から電源側に離れた第１の位置（区間Ｓ４内の位置Ｐ２に相当）における断熱性能は、第１の位置よりも電流端子１０側の第２の位置（区間Ｓ３内の位置Ｐ１に相当）における断熱性能よりも低くなっている。したがって、実施の形態２に係る超電導機器においても、実施の形態１に係る超電導機器と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
＜実施の形態３＞
実施の形態３に係る超電導機器は、吸水部材をさらに備える。実施の形態３に係る超電導機器の構成は、吸水部材が追加された点を除いて、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００８８】
図１１は、実施の形態３に係る超電導機器における断熱材１５および吸水部材２５の断面模式図である。図１１では、説明の容易化のため、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１が、断熱容器１１１の外表面に対して垂直な方向（紙面水平方向）に沿って配置されているものとする。
【００８９】
図１１に示されるように、断熱材１５よりも更に電源側に離れた位置において吸水部材２５が設けられる。吸水部材２５は、断熱材１５から露出しているケーブル１３１の一部分を覆うように設けられる。
【００９０】
このような構成とすることにより、実施の形態３に係る超電導機器においては、実施の形態１に係る超電導機器と同様の作用効果を得ることができるとともに、たとえ断熱材１５から露出しているケーブル１３１の一部分に結露や着霜が生じた場合であっても、吸水部材２５が、ケーブル１３１の表面に付着した水分を吸収し、水滴がケーブルの表面を伝って周囲に水滴が落下することを防ぐことができる。したがって、露点が大きく変動するような周辺環境の変化が起こった場合でも、超電導機器の構造を変更する必要がない。
【００９１】
＜実施の形態４＞
実施の形態４に係る超電導機器において、断熱材は、少なくとも接続部に対して着脱可能に取り付けられている。実施の形態４に係る超電導機器の構成は、断熱材１５Ａの構成を除いて、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００９２】
図１２は、実施の形態４に係る超電導機器における断熱材１５Ｂの断面模式図である。図１２では、説明の容易化のため、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１（図示せず）が、断熱容器１１１の外表面に対して垂直な方向（紙面水平方向）に沿って配置されているものとする。
【００９３】
図１２に示されるように、断熱材１５Ｂは、中空状の管状体からなる。図示は省略するが、断熱材１５Ｂは、実施の形態１に係る断熱材１５（図２参照）と同様に、断熱容器１１１の外表面から電流端子１０およびケーブル１３１の配設方向に沿って延在する。
【００９４】
断熱材１５Ｂは、実施の形態１に係る断熱材１５と同様に、耐水性を有する絶縁材料によって構成される。ただし、断熱材１５Ｂは、側面において、延在方向に沿って延びる直線状の切れ込み部１８が形成されている。切れ込み部１８は、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面に到達する深さを有する。断熱材１５Ｂは、切れ込み部１８を開くことにより、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１から断熱材１５Ｂを剥がすことができるように構成されている。
【００９５】
このような構成とすることにより、超電導機器における部品の交換作業などのように、電流端子１０からケーブル１３１を取り外す必要が生じた際において、電流端子１０およびケーブル１３１から断熱材１５Ｂを容易に取り外すことができる。これにより、交換作業を効率的に行なうことが可能となる。
【００９６】
なお、切れ込み部１８は、断熱材１５Ｂの側面の一部分に設けられていてもよい。この場合、切れ込み部１８を接続部１３０付近に設けることが好ましい。これによれば、接続部１３０付近の断熱材１５Ｂを部分的に剥がすことで、電流端子１０からケーブル１３１を取り外すことができる。
【００９７】
本実施の形態４においては、電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面と断熱材１５Ｂとを密着させるために、たとえば、断熱材１５に伸縮性を持たせておくことが好ましい。その伸縮性を利用した圧迫力によって断熱材１５を電流端子１０、接続部１３０およびケーブル１３１の各々の表面に密着させることができる。
【００９８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９９】
１０，１０ａ，１０ｂ  電流端子
１５，１５ａ，１５ｂ，１５Ａ，１５Ｂ  断熱材
１６  接着層
１７α，１７β  断熱部
１８  切れ込み部
２０  冷却ヘッド
２５  吸水部材
９１  超電導コイル体
１００  超電導機器
１１１  断熱容器
１２１  冷却装置
１２２  ホース
１２３  コンプレッサ
１３０，１３０ａ，１３０ｂ  接続部
１３１，１３１ａ，１３１ｂ  ケーブル
１３２  電源
【図１】
0006520334.tif 000002
【図２】
0006520334.tif 000003
【図３】
0006520334.tif 000004
【図４】
0006520334.tif 000005
【図５】
0006520334.tif 000006
【図６】
0006520334.tif 000007
【図７】
0006520334.tif 000008
【図８】
0006520334.tif 000009
【図９】
0006520334.tif 000010
【図１０】
0006520334.tif 000011
【図１１】
0006520334.tif 000012
【図１２】
0006520334.tif 000013