(57)【要約】【課題】酸化物超電導導体１０とバイパス導電体２０を用いた電流リードにおいて、熱収縮の差による酸化物超電導材の損傷を回避する。【解決手段】真空断熱容器２を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード１ａと、真空断熱容器２内に配置されて常電導電流リード１ａと超電導機器３とを接続する酸化物超電導導体１０と、真空断熱容器２内に配置されて酸化物超電導導体１０に対して電気的に並列に常電導電流リード１ａと超電導機器３とを接続するバイパス導電体２０と、を有する。バイパス導電体２０は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第１の金属材料からなる第１の導電体部２１と、第１の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第２の金属材料からなる第２の導電体部２２とが互いに直列に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空断熱容器内に収容され低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、前記真空断熱容器の外側の電源と、を接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードであって、
前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、
を有し、
前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第１の金属材料からなる第１の導電体部と、前記第１の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第２の金属材料からなる第２の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする電流リード。
【請求項２】
前記第１の導電体部および第２の導電体部の少なくとも一方が、少なくとも一つの曲がり部を有すること、を特徴とする請求項１に記載の電流リード。
【請求項３】
前記第１の導電体部と第２の導電体部とが冶金的に接続されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電流リード。
【請求項４】
前記第１の金属材料は銅または銅を含む合金であり、前記第２の金属材料はステンレス鋼であること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電流リード。
【請求項５】
低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、
前記超電導機器を収容する真空断熱容器と、
前記真空断熱容器の外側の電源と前記超電導機器とを接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードと、
を有する超電導装置において、
前記電流リードは、
前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、
前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、
を有し、
前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第１の金属材料からなる第１の導電体部と、前記第１の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第２の金属材料からなる第２の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする超電導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導導体を用いた電流リードと、かかる電流リードを有する超電導装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導現象の最大の特徴は、臨界温度で超電導導体の電気抵抗がゼロになるため、通電しても熱が発生せず、そのため無損失で大電流を流すことができるということである。超電導電力貯蔵システムに使用される超電導マグネット装置は、この超電導現象を応用したその代表的な装置である。
【０００３】
従来の典型的な超電導マグネット装置においては、超電導マグネットがクライオスタットと称する真空断熱容器の熱シールド内に収納され、真空断熱容器に取り付けられた冷凍機で超電導マグネットを冷却する構成になっている。この超電導マグネット装置には、室温に設置された電源から極低温下に設置された超電導マグネットまで電流を供給する電流リードが必要である。電流リードは、良導電性金属からなる常電導電流リードと酸化物超電導体からなる超電導電流リードが接続されている。電流リードは冷凍機や冷却媒体により冷却される構造になっている。
【０００４】
また、超電導電流リードにクエンチが発生したときに電流をバイパスさせて超電導電流リードを保護するために、超電導電流リードに並列にバイパス導体を接続する技術が、特許文献１、２などにより知られている。このバイパス導体の材質は熱伝導率の低いものが好ましく、ステンレス鋼などが好適とされている。
【特許文献１】特開平８−３２１４１６号公報
【特許文献２】特開平５−１０９５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バイパス導体に用いられるステンレス鋼などの熱伝導率の低い材料は、一般に、ヤング率が比較的高いものが多い。このため、たとえば運転開始時における冷却に伴なう熱収縮の差によって酸化物超電導体に引っ張り荷重が生じ、酸化物超電導体が損傷する恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、酸化物超電導材とバイパス導電体を用いた電流リードまたはこれを採用した超電導装置において、熱収縮の差による酸化物超電導材の損傷を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る電流リードは、真空断熱容器内に収容され低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、前記真空断熱容器の外側の電源と、を接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードであって、前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、を有し、前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第１の金属材料からなる第１の導電体部と、前記第１の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第２の金属材料からなる第２の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る超電導装置は、低温に冷却されて超電導状態に置かれる超電導機器と、前記超電導機器を収容する真空断熱容器と、前記真空断熱容器の外側の電源と前記超電導機器とを接続し、前記真空断熱容器に対して電気的に絶縁された電流リードと、を有する超電導装置において、前記電流リードは、前記真空断熱容器を貫通し良導電性金属からなる常電導電流リード部と、前記真空断熱容器内に配置されて前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続する酸化物超電導導体と、前記真空断熱容器内に配置されて前記酸化物超電導導体に対して電気的に並列に前記常電導電流リード部と前記超電導機器とを接続するバイパス導電体と、を有し、前記バイパス導電体は、ヤング率が比較的低く熱伝導率および導電率が比較的高い第１の金属材料からなる第１の導電体部と、前記第１の金属材料に比べてヤング率が比較的高く熱伝導率および導電率が比較的低い第２の金属材料からなる第２の導電体部とが互いに直列に接続されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、酸化物超電導材とバイパス導電体を用いた電流リードまたはこれを採用した超電導装置において、熱収縮の差による酸化物超電導材の損傷を回避または抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る超電導装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施形態に係る電流リードとその周辺を示す立面図である。この図に示すように、真空断熱容器２内に超電導機器（たとえば超電導マグネット）３が収容されている。超電導機器３に電流を供給するための電源３０は真空断熱容器２の外に配置されている。電流導入端子８が、真空断熱容器２の上部を貫通して配置され、電流導入端子８を介して真空断熱容器２内の常電導電流リード１ａと電源３０が電気的に接続されている。常電導電流リード１ａは良導電性金属からできている。常電導電流リード１ａおよび電源３０は、電流導入端子８で、真空断熱容器２に対しては電気的に絶縁されている。
【００１２】
真空断熱容器２内で、常電導電流リード１ａの下端が高温端側電極１１ａに接続されている。高温端側電極１１ａは、良導電性金属からできていて、超電導機器３の上方に配置されている。高温端側電極１１ａには酸化物超電導導体１０が接続されている。酸化物超電導導体１０は、鉛直方向に延び、上端が高温端側電極１１ａに接続され、下端は低温端側電極１１ｂを介して超電導機器３に接続されている。酸化物超電導導体１０は、たとえば、酸化物超電導バルク材あるいは酸化物超電導薄膜テープ線材である。
【００１３】
バイパス導電体２０は、酸化物超電導導体１０をバイパスして、高温端側電極１１ａと低温端側電極１１ｂとを接続している。バイパス導電体２０は、高温端側電極１１ａに接続された第１の導電体部２１と低温端側電極１１ｂに接続された第２の導電体部２２とが互いに直列に接続されてなる。第１の導電体部２１は、ヤング率が比較的が低く、熱伝導率および導電率が比較的高い金属材料、たとえば銅、または銅を含む合金からなる。一方、第２の導電体部２２は、第１の導電体部２１に比べて、ヤング率が比較的が高く、熱伝導率および導電率が比較的低い金属材料、たとえばステンレス鋼からなる。第１の導電体部２１と第２の導電体部２２は、溶接や圧接などの冶金的接合により互いに接合されている。また、第１の導電体部２１および第２の導電体部２２はそれぞれに少なくとも一つの曲がり部を有する。
【００１４】
高温端側電極１１ａには伝熱板６が取り付けられ、伝熱板６は絶縁板７を介して冷凍機５に接続されている。冷凍機５は真空断熱容器２に取り付けられている。高温端側電極１１ａは、伝熱板６および絶縁板７を通じて冷凍機５と熱的に接続されて冷却される。超電導機器３の冷却は、この冷凍機５によってもよいし、図示しない別の冷凍機によって超電導機器３を直接冷却してもよい。
【００１５】
この実施形態によれば、酸化物超電導導体１０にクエンチが発生したときに、バイパス導電体２０に電流がバイパスし、酸化物超電導導体１０を保護することができる。また、バイパス導電体２０が第１の導電体部２１と第２の導電体部２２からできていることから、低熱伝導率の第１の導電体部２１によって熱伝導が抑制される。しかも、冷却時や昇温時に、酸化物超電導導体１０とバイパス導電体２０との熱収縮または熱膨張の差によるひずみは、おもに低ヤング率の第２の導電体部２２によって吸収される。このため、酸化物超電導導体１０にかかる荷重を小さく抑制し、損傷を回避することができる。さらに、第１の導電体部２１および第２の導電体部２２それぞれに曲がり部があることにより、バイパス導電体２０の収縮・膨張に伴なう酸化物超電導導体１０にかかる荷重を緩和することができる。
【００１６】
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
たとえば、バイパス導電体２０の形状は、図１では曲線状に示しているが、たとえば酸化物超電導導体１０の周囲を囲むようならせん状やベローズであってもよい。
【００１８】
また、上記実施形態では真空断熱容器２内に収容する超電導機器３として超伝導マグネットを例にとって説明したが、その他の超電導機器であってもよい。
【００１９】
また、上記実施形態の説明における上下関係は説明の便宜のためであって、本発明は重力の方向にかかわりなく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電流リードとその周辺を示す立面図。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・電流リード
１ａ・・・常電導電流リード
２・・・真空断熱容器
３・・・超電導マグネット（超電導機器）
５・・・冷凍機
６・・・伝熱板
７・・・絶縁板
８・・・電流導入端子
１０・・・酸化物超電導導体
１１ａ・・・高温端側電極
１１ｂ・・・低温端側電極
２０・・・バイパス導電体
２１・・・第１の導電体部
２２・・・第２の導電体部
３０・・・電源
【図１】
2008159828.tif 000003