(57)【要約】超伝導装置（２）は、回転軸線（Ａ）の周りを回転可能である回転子（５）を持ち、この回転子は熱伝導性の巻線ホルダ（９）内に超伝導巻線（１０）を備えている。巻線ホルダ（９）は中心空洞（１２）を有し、この中心空洞には巻線ホルダ（９）から引き出された側方空洞（１３）が接続されている。回転子（５）の外側には、冷媒（ｋ，ｋ’）を凝縮する凝縮器ユニット（１８）備えた冷却ユニットの冷却ヘッド（１６）が接続されている。冷媒（ｋ，ｋ’）を導く固定のヒートパイプ（２０）が、一緒に回転する側方空洞（１３）の中へ軸線方向に突入し、この側方空洞に対して密封されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線の周りを回転可能に支持された回転子と冷却ユニットとを備え、回転子が少なくとも１つの超伝導巻線を有し、超伝導巻線の導体が熱伝導性の巻線ホルダ内に配置され、冷却ユニットが熱伝達部分を介して超伝導巻線に熱的に結合された少なくとも１つの冷却ヘッドを有する超伝導装置において、
ａ）巻線ホルダ（９）は軸線方向に延びた円筒状中心空洞（１２）を備え、この中心空洞（１２）には巻線ホルダ（９）から導出された側方空洞（１３）が接続され、
ｂ）冷却ヘッド（１６）は回転子（５）の外側に固定配置され、冷媒（ｋ，ｋ’）の凝縮のために凝縮器ユニット（１８）と熱的に接続され、
ｃ）凝縮器ユニット（１８）に接続された固定のヒートパイプ（２０）が、側方空洞（１３）の中へ軸線方向に突入して、この側方空洞（１３）に対して密封され、
ｄ）ヒートパイプ（２０）、側方空洞（１３）および中心空洞（１２）は冷媒（ｋ，ｋ’）を充填され、凝縮した冷媒（ｋ）がヒートパイプ（２０）を介して側方空洞（１３）内へ達し、そこから中心空洞（１２）内へ達し、そこで蒸発した冷媒（ｋ’）が側方空洞（１３）およびヒートパイプ（２０）を介して凝縮器ユニット（１８）に帰還する
ことを特徴とする超伝導装置。
【請求項２】
中心空洞（１２）は一端面を巻線ホルダ（９）によって閉じられ、側方空洞（１３）は冷却ヘッド（１８）側の端面を密封装置（２１）によって、側方空洞（１３）と一緒に回転する部分と共に密封されていることを特徴とする請求項１記載の超伝導装置。
【請求項３】
密封装置（２１）は、強磁性流体シール、ラビリンスシール、すきまシールのグループからなる少なくとも１つのシールを有することを特徴とする請求項２記載の超伝導装置。
【請求項４】
冷却ヘッド（１６）を含む冷却ユニットは少なくとも１つの特に蓄冷型冷凍機を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の超伝導装置。
【請求項５】
蓄冷型冷凍機はパルス管冷凍機またはスプリット・スターリング冷凍機またはギフォード・マクマホン冷凍機であることを特徴とする請求項４記載の超伝導装置。
【請求項６】
冷却ヘッドは多段に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の超伝導装置。
【請求項７】
冷却ヘッドは２つの冷却段を有し、第１段の冷却段は電流供給部または放射シールド部と熱的に接続され、第２段の冷却段は凝縮器（１８）に熱的に接続されていることを特徴とする請求項６記載の超伝導装置。
【請求項８】
超伝導巻線（１０）は冷却ヘッド（１６）により７７Ｋ以下の温度に保たれることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の超伝導装置。
【請求項９】
超伝導巻線（１０）の導体は金属の低ＴＣ超伝導材料または金属酸化物の高ＴＣ超伝導材料を含むことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の超伝導装置。
【請求項１０】
ヒートパイプ（２０）は、側方空洞（１３）内に突入している端部（２０ａ）を滴下縁として形成されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の超伝導装置。
【請求項１１】
側方空洞（１３）は中心空洞（１２）に向かって拡大していることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の超伝導装置。
【請求項１２】
冷媒の流れは熱サイフォン作用および／またはヒートパイプ作用に基づいていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の超伝導装置。
【請求項１３】
少なくとも回転子（５）の冷却部分およびヒートパイプ（２０）は真空絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の超伝導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、回転軸線の周りに回転可能に支持された回転子と冷却ユニットとを備え、回転子が少なくとも１つの超伝導巻線を有し、超伝導巻線の導体が熱伝導性の巻線ホルダ内に配置され、冷却ユニットが熱伝達部分を介して超伝導巻線に熱的に結合された少なくとも１つの冷却ヘッドを有する超伝導装置に関する。このような装置は米国特許第５４８２９１９号明細書に記載されている。
【０００２】
例えばＮｂＴｉまたはＮｂ３Ｓｎのようなかなり前から知られている金属超伝導材料は、非常に低い転移温度ＴＣを有し、従って低（Ｌｏｗ）ＴＣ超伝導材料またはＬＴＳ材料と呼ばれている。このような金属超伝導材料に加えて、１９８７年以来、７７Ｋ以上の転移温度を持った金属酸化物超伝導材料が知られている。後者の材料は高（Ｈｉｇｈ）ＴＣ超伝導材料またはＨＴＳ材料と呼ばれ、原理的に液体窒素（ＬＮ２）による冷却技術を可能にする。
【０００３】
かかるＨＴＳ材料を使用した導体により超伝導巻線を製作することが試みられている。しかし、従来知られている導体は、テスラ範囲の誘導をともなう磁界において比較的僅かの通電能力しか持たないことが明らかになった。これは、しばしば次のことを必要とする。すなわち、かかる巻線の導体は、使用された材料の高い転移温度にもかかわらず、数テスラの磁界強さにおいてかなりの電流を通流できるようにするためには、７７Ｋ以下の温度レベル、例えば１０〜５０Ｋに保持されなければならないということである。確かに、一方では、かかる温度レベルはＮｂ３Ｓｎの如き公知の金属超伝導材料を冷却する液体ヘリウム（ＬＨｅ）の沸騰温度の４．２Ｋよりも明らかに高いところにある。しかし、他方では、ＬＮ２による冷却は高い導体損失のために不経済である。２０．４Ｋの沸騰温度を有する水素または２７．１Ｋの沸騰温度を有するネオンの如き他の液化ガスは、危険性がありまたは利用性に欠けるために排除される。
【０００４】
従って、ＨＴＳ導体を持つ巻線を上述の温度範囲に冷却するためには、閉じられたＨｅ圧縮ガス循環路を備えた低温冷凍機の形の冷却ユニットが優先的に使用される。かかる低温冷凍機は、とりわけギフォード−マクマホン型またはスターリング型であるか、あるいはいわゆるパルス管冷凍機として構成される。さらに、かかる冷却ユニットは次の利点を有する。すなわち、冷却出力がいわばボタン操作で使用でき、使用者に低温冷却された液体の操作を回避させることである。かかる冷却ユニットを使用する場合、例えば磁石コイルまたは変圧器巻線の如き超伝導装置は冷凍機の冷却ヘッドへのヒートパイプを通してのみ間接的に冷却される（例えば、“Ｐｒｏｃ． １６ｔｈ Ｉｎｔ． Ｃｒｙｏｇ． Ｅｎｇｎｇ． Ｃｏｎｆ． （ＩＣＥＣ１６）”， Ｋｉｔａｋｙｕｓｈｕ， ＪＰ， ２０． − ２４．０５．１９９６， Ｖｅｒｌａｇ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｐ１１０９−１１２９参照）。
【０００５】
このような冷却技術は冒頭に挙げた米国特許明細書から取り出せる回転電機の超伝導回転子にも設けられている。回転子はＨＴＳ導体からなる回転する巻線を持ち、この巻線はギフォード−マクマホン冷凍機またはスターリング冷凍機またはパルス管冷凍機として設計された冷却ユニットにより３０Ｋ〜４０Ｋの範囲の所望の作動温度に保たれる。このために、冷却ユニットは特別の実施形態においてあまり詳しくは説明されていない回転する冷却ヘッドを持ち、この冷却ヘッドの低温側は熱伝導要素を介して間接的に巻線に熱的に結合されている。さらに、この公知の回転電機の冷却ユニットは回転子の外側に存在する圧縮機ユニットを含む。この圧縮機ユニットは、輸送ユニットの詳しく説明されていない適当な回転カップリングを介して冷却ヘッドに必要な動作ガスを供給する。さらに、冷却ユニットの弁駆動装置が冷却ヘッドに集積化され、カップリングは２つのスリップリングを介して弁駆動装置に必要な電気エネルギーを供給する。この構想は次のことを必要とする。すなわち、輸送ユニットにおいて少なくとも２つのガス化合物が同軸に案内されなければならず、そして少なくとも２つの電気的スリップリングが設けられなければならないということである。その上に、冷却ユニットの一緒に回転する部分への、特に回転電機の回転子における弁駆動装置への接近容易性が障害となっている。というのは、必要なメンテナンス時に回転子ケーシングが開かれなければならないからである。さらに、同期電動機または発電機において設定されている高速回転の場合、従来の弁駆動装置の動作は保証されていない。
【０００６】
本発明の課題は、この従来技術に基づいて、冒頭に述べた特徴を持った装置を、比較的低減された装置費用でもって７７Ｋ以下の温度範囲において回転子の静止時にも回転時にも冷却ユニットの安全で経済的な作動を保証することができるように構成することにある。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載された構成手段によって解決される。従って、超伝導装置は、回転軸線の周りに回転可能に支持された回転子と冷却ユニットとを備え、回転子が少なくとも１つの超伝導巻線を有し、超伝導巻線の導体が熱伝導性の巻線ホルダ内に配置され、冷却ユニットが熱伝達部分を介して超伝導巻線に熱的に結合された少なくとも１つの冷却ヘッドを有する。しかも、超伝導装置は次の特徴事項を有する。すなわち、
巻線ホルダは軸線方向に延びた円筒状中心空洞を備え、この中心空洞には巻線ホルダから導出された側方空洞が接続され、
冷却ヘッドは回転子の外側に固定配置され、冷媒の凝縮のために凝縮器ユニットと熱的に接続され、
凝縮器ユニットに接続された固定のヒートパイプが、一緒に回転する側方空洞の中へ軸線方向に突入し、この側方空間に対しては密封され、
ヒートパイプ、側方空洞および中心空洞は冷媒を充填され、凝縮した冷媒がヒートパイプを介して側方空洞内へ達し、そこから中心空洞内へ達し、そこで蒸発した冷媒が側方空洞およびヒートパイプを介して凝縮器ユニットに帰還（還流）する。
【０００８】
結局、本発明による超伝導装置の構成の場合、冷却ユニット全体が、場合によっては可動部分とともに回転子の外側に配置され、いつでも簡単に接近できる。冷却出力の供給もしくは熱移転は、固定の冷却ヘッドから回転子へヒートパイプを介して行われる。ヒートパイプは機械的可動部なしに冷媒の輸送を保証する。この場合、冷却ヘッドには良好な熱伝導性にて凝縮器ユニットが接続され、冷媒は循環プロセスにおいて凝縮器ユニットで放熱して凝縮する。引き続き液状凝縮物がヒートパイプを通して側方空洞内へ流れ、そこから回転子の中心空洞内へ流れてゆく。ヒートパイプを通した凝縮物の輸送は重力の影響下でいわゆる熱サイフォン作用に基づいておよび／またはヒートパイプの内壁の毛細管力によって行われる。このために、このヒートパイプはよく知られているようにして“ウィック”として作用する。この機能は内壁の適切な形成またはライニングによって更に最適化することができる。ヒートパイプの端部では凝縮物が側方空洞の中へ滴る。この側方空洞から巻線範囲にある中心空洞内へ到達した凝縮物はそこで少なくとも部分的に蒸発する。そのように熱を吸収して蒸発した冷媒は、それからヒートパイプの内部を通って凝縮装置へ還流する。その還流は、蒸発器として作用する中心空洞内の過圧が凝縮器ユニットのうち凝縮器として作用する部分に比較して少ないことによって生ぜしめられる。蒸発器内のガス発生および凝縮器内の液化によって生じるこの負圧は所望の冷媒還流をもたらす。相応の冷媒の流れはいわゆる“ヒートパイプ”から知られている。
【０００９】
この構成の利点は、とりわけ、冷媒の循環のために例えばファンやポンプの如き可動部分が必要でないことにある。さらに、冷媒の循環のためには、比較的薄く実施された熱絶縁性の幾つかのヒートパイプ（熱輸送管）しか必要としない。これは、特に回転子の外側空間に対して冷媒のガス空間を密封する回転式密封装置が複雑化するのを少なくする。それにより比較的小さい密封装置でも比較的僅かの周速ゆえに信頼性があり、メンテナンスがいらない。その場合に、内部空間から外部空間への冷媒のガス損失はヒートパイプの機能にはあまり影響を及ぼさない。なぜならば、システム内の液体量は僅かしか影響を及ぼされないからである。さらに、冷却ユニットを回転電機構成の種々の要求に簡単に適合させることができる。とりわけ、設計に応じて数メートルの長いヒートパイプを設けることができるので、例えば本来の電動機もしくは発電機は接近し難く組み込まれていても、冷却機はメンテナンスを容易にするために、接近しやすい場所に据え付けるようにすることができる。熱移転もしくは冷却出力の供給は、本発明による構成の場合、比較的簡単な密封しか必要でないことから特に簡単で経済的である。
【００１０】
本発明による超伝導装置の好ましい実施態様は従属請求項に示されている。すなわち、例えば冷媒室の特に簡単な密封は、中心空洞が一端面を巻線ホルダによって閉じられ、側方空洞は冷却ヘッド側の端面を密封装置によって、側方空洞と一緒に回転する部分と共に密封されていることによって達成される。密封装置としては、とりわけ、強磁性流体シール、ラビリンスシール、すきまシールのグループからなる少なくとも１つのシールが用いられる。
【００１１】
冷却ユニットとしては実用上、予め定められた温度レベルに置くべき冷却ヘッドを有するすべての形式の冷却機を設けることができる。特に、閉じられたＨｅ圧縮ガス回路を備えたクライオクーラーが設けられるとよい。というのは、これは簡単な構造を持ち、本発明による超伝導装置におけるような間接的な冷却技術に特に適しているからである。従って、蓄冷型冷凍機と呼ばれるクーラーもクライオクーラーの通常の分類に応じて蓄冷器もしくは蓄冷動作サイクルを有する（例えば、先に挙げた会報同巻第３３〜４４頁参照）。
【００１２】
冷却ヘッドは多段に構成されるのが特に有利である。その場合、冷却ヘッドの最初の段により、特に電流供給部または熱放射シールドが比較的高い中間温度に置かれる。相応の構想を練られた冷却ヘッドにより、超伝導装置の簡単に固定した部分をそれぞれ有効な冷却にとって好都合な温度レベルに保つことができる。
【００１３】
さらに、冷却すべき巻線、従ってその超伝導材料は、冷却ヘッドにより７７Ｋ以下の温度に、ＨＴＳ材料を使用する場合には特に２０Ｋ〜５０Ｋの範囲の温度に保たれると好ましい。なぜならば、知られているＨＴＳ材料は比較的限られた冷却費用で維持できるこの温度範囲において通常の使用にとって十分な臨界電流密度を有するからである。必要な冷却出力は、本発明による超伝導装置の場合、簡単に工面することができる。それは、例えば機械出力約１〜２０ＭＷの大形クラスの同期機については、２０〜３０Ｋにおいて、数１０Ｗの範囲にある。
【００１４】
さらに、ヒートパイプは側方空洞内に突入している側の端部を滴下縁として形成されていると好ましい。それによって、側方空洞への凝縮物の侵入が容易となる。同様に、回転時の冷媒のガス状部分の風に基づく回転する内部空間におけるガス移動によって滴下が促進されるように構成することもできる。
【００１５】
さらに、側方空洞は中心空洞に向かって拡大していると好ましい。なぜならば、冷媒の輸送経路が回転軸線に対して外側に向けて案内されるように傾けられることによって、冷媒の輸送のために場合によってはさらに重力または遠心力を利用することができるからである。
【００１６】
以下、本発明に基づく超伝導装置の優れた実施例について図面を参照しながら更に詳細に説明する。
図１は回転子とこれに付設された冷却ユニットとを備えた超伝導装置の実施例の概略を示す縦断面図、図２は図１による超伝導装置の特殊な構成を示す縦断面図である。
各図において対応する部分には同一符号が付されている。
【００１７】
次に図面に基づいて説明する本発明による超伝導装置の実施例は、とくに同期電動機または発電機である。超伝導装置は回転する超伝導巻線を含み、この巻線には、原理的には金属のＬＴＳ材料（低ＴＣ超伝導材料）または金属酸化物のＨＴＳ材料（高ＴＣ超伝導材料）を使用することができる。以下の実施例では後者の材料が選ばれている。巻線は１つのコイルからなるか、または２相、４相またはその他の多相の装置におけるコイルシステムからなる。例えば同期機を構成するこのような超伝導装置の原理的構成は図１から由来し、しかもこのような回転機の公知の実施形態から出発している（冒頭に挙げた米国特許明細書参照）。
【００１８】
全体的に２で示されている装置は室温にある固定の外側ケーシング３を備え、このケーシングは固定子巻線４を備えている。外側ケーシングの内側では固定子巻線４によって包囲されて、回転子５が回転軸線Ａの周りに回転可能に軸受６で支持されている。軸受６は一方の側面側で当該軸受に支持される中実の回転子軸部分５ａを包囲している。この軸受６は通常の機械軸受または磁気軸受であってもよい。回転子は真空容器７を有する。この真空容器中では、トルクを伝達する例えば中空円筒状の懸架要素８に熱伝導性の巻線ホルダ９が保持され、巻線ホルダ９はＨＴＳ巻線１０を持っている。この巻線ホルダ内には、回転軸線Ａに対して同心に軸線方向に延びた円筒状の空洞が存在する。以下、この空洞を中心空洞１２と呼ぶ。巻線ホルダは中心空洞１２に対して気密に構成されている。中心空洞１２は回転子軸部分５ａ側を閉じられている。中心空洞１２は他方側で、比較的小さい直径を持った側方空洞１３に接続されている。この側方空洞１３は巻線ホルダの範囲から外側に向けて外側ケーシング３の範囲の外に出るよう案内されている。この側方空洞１３を包囲し且つ軸受６の１つに支持された管状の回転子軸部分は５ｂにて示されている。
【００１９】
超伝導装置２は、さらに熱伝達要素を介する巻線１０の間接冷却のために冷却ユニットを有し、この冷却ユニットのうち冷却ヘッド１６だけが図示されている。冷却ユニットはギフォード−マクマホン型の冷凍機であってよい。特に、蓄冷型冷凍機としてはパルス管冷凍機またはスプリット−スターリング冷凍機が選ばれる。その場合に、冷却ヘッド１６を、従って冷却ユニットのほぼすべての他の部分を回転子５および外側ケーシング３の外側に置こうというわけである。冷却ヘッドを有する使用すべき冷却ユニットのために必要な追加部分、例えば高温の圧力調整容器、充填毛細管、温度上昇時の過圧に対するシステム保護のための過圧弁などは図示されていないが、しかしこれらは一般に知られている。例えば０．５〜二・三メートル側方に配置された冷却ヘッド１６の冷却部分は真空容器２３において熱伝達体１７を介して冷媒凝縮器ユニットもしくは冷媒凝縮ユニット１８と良好に熱接触している。この凝縮器ユニットには真空絶縁された位置固定のヒートパイプ２０が接続されている。このヒートパイプ２０は、側方の軸線方向の範囲のところで、一緒に回転する側方空洞１３の中に突入している。側方空洞１３に対するヒートパイプ２０の密封のために、図に詳しく示されていない密封装置２１が役立つ。密封装置２１は強磁性流体シールおよび／またはラビリンスシールおよび／またはすきまシールとして形成することのできるシール要素を備えている。中心空洞１２は側方空洞１３およびヒートパイプ２０を介して凝縮器ユニット１８の熱交換範囲に外部に対して気密に密封接続されている。この空間に閉じ込められた冷媒は循環プロセスにおいて冷却ヘッド１６によって冷却された凝縮器ユニットで放熱しながら凝縮させられる。続いて、そのようにして液化され図には太線で示された凝縮物ｋがヒートパイプ２０を通ってまず側方空洞１３内に流れ、そこから中心空洞１２内へ流れ込む。その際に、ヒートパイプを通しての凝縮物の輸送は熱サイフォン作用により重力および／または“ウィック”として機能するヒートパイプ内壁の毛細管力の影響下で行われる。かかるウィックの機能は、表面積拡張のための長いフィンまたは溝によるとか、または内壁のライニングによるとかの適当な構成によって最適化することができる。側方空洞１３の中に突入しているヒートパイプ２０の端部２０ａでは凝縮物ｋが空洞１３もしくは１２へ滴下し、しかもこのプロセスはヒートパイプ端部２０ａにおける滴下縁の形成によって強化することができる。そのような形成は、冷媒のガス状部分の風に基づく回転する内部空間におけるガス移動によって滴下が促進されるように行うとよい。
【００２０】
それから、回転子の内部においては液状の冷媒もしくは凝縮物ｋが蒸発する。蒸発した冷媒はｋ‘にて示されている。場合によっては、冷媒の輸送経路を回転軸線に対して外側の方へ案内するように傾けるならば、冷媒の輸送のためにさらに重力または遠心力を利用することができる。このために、側方空洞１３は中心空洞１２へ向かって直径が拡大する管として形成されている。吸熱により蒸発した冷媒ｋ’はヒートパイプ２０の内部を通って凝縮器ユニット１８に還流する。この還流は、蒸発器として作用する空洞１２内の過圧が凝縮器ユニットに比較して少ないことによって生ぜしめられる。この過圧は蒸発器内でのガス発生と凝縮器ユニット内での液化によって起こされる。
【００２１】
冷媒としては、例えば水素（標準圧力において沸騰温度２０．４Ｋ、１４Ｋにおいて三重点、３０Ｋおよび８ｂａｒにおいて臨界点）、ネオン（標準圧力において沸騰温度２０．１Ｋ、２５Ｋにおいて三重点、４２Ｋおよび２０ｂａｒにおいて臨界点）、窒素（標準圧力において沸騰温度７７．４Ｋ、６５Ｋにおいて三重点、１２５Ｋおよび３２ｂａｒにおいて臨界点）、アルゴン（標準圧力において沸騰温度８７．３Ｋ、８５Ｋにおいて三重点、１４５Ｋおよび３９ｂａｒにおいて臨界点）を使用することができ、あるいはこれらの物質の混合物も使用することができる。例えば窒素と酸素との混合、あるいは窒素とメタンとの混合においては、容易に中間温度を実現することもできる。
【００２２】
本発明による超伝導装置の場合、固定側で冷却機に接続されているヒートパイプが設けられる。この場合に冷媒の伝達系は低温範囲に設けられ、固定側と回転側との間の移行は滴る液体によって行われ、帰還行程は流れるガスによって行われる。
【００２３】
巻線ホルダ９は十分に熱伝導性にすべきである。すなわち、巻線ホルダ９は中心空洞１２への壁と巻線１０との間に熱伝導性の良い部分を有する。このようにして巻線は巻線ホルダ９、冷媒ｋ，ｋ’、凝縮器ユニット１８および熱伝達体１７を介して簡単に冷却ユニットの冷却ヘッド１６に熱的に接続される。熱伝達の改善のために、場合によっては、ガス状冷媒ｋ’に対する熱交換面積を拡張する手段、例えば中心空洞１２の巻線ホルダ壁に周方向のフィンを設けるとよい。
【００２４】
ヒートパイプ２０の内部における冷媒ｋの液相の移送を改善するために、ヒートパイプはなおも公知のやり方でいわゆる“ウィック”形式の組込み物（例えば特殊鋼線材製スポンジまたは細溝による拡張表面積）を備えることもできる。ヒートパイプ２０の水平部分における液相の図示されている輸送のほかに、もちろん重力に抗する移送も可能である。
【００２５】
明らかのごとく、冷媒ｋもしくはｋ’を包囲する部分および容器は熱侵入に対して保護されなければならない。それゆえ、それらの熱絶縁のために真空環境を用意することが望ましく、場合によっては、相応の真空室において付加的になおも例えば超絶縁（スーパーアイソレーション）または絶縁泡（アイソレーションフォーム）の如き絶縁手段が設けられるとよい。図１においては真空容器７によって封じ込められた真空がＶで示されている。真空Ｖは、さらに側方空洞１３を包囲し且つ密封装置２１まで延びた管を囲んでいる。ヒートパイプ２０と凝縮器ユニット１８および熱伝達体１７とを包囲する真空はＶ’で示されている。場合によっては、回転子５を包囲し外側ケーシング３によって囲われている空間２２に負圧を与えることもできる。
【００２６】
図１に示された回転子５を備えた超伝導装置２の実施例の場合、ガス状の冷媒ｋ’による１回の充填が行われる。冷却ユニットが遮断され、冷却部分が温度上昇すると、ヒートパイプもしくは空洞の系統における圧力は冷媒の蒸発によって増大する。その際に、最終圧力は系統内の封じ込め容積および冷媒量に関係する。例えば約１ｂａｒおよび２７Ｋ並びに最小液体量ｋのネオンが冷媒として使用される場合、約３００Ｋの室温までの温度上昇の後に圧力は１２ｂａｒとなる。この圧力は回転する密封装置２１に負担をかけることから、場合によっては外部に熱緩衝容器を設けることが好ましい。この熱緩衝容器の容積ＰＶが冷媒ｋ，ｋ’の冷却時容積のｎ倍である場合には、温度上昇時における圧力増大はこのようにして１：（ｎ＋１）倍に減らされる。図２は図１による超伝導装置の相応の構成を示す。ここでは、２’にて超伝導装置全体が、ＰＶにて熱緩衝容器が、２５にて充填弁が、２６にて過圧弁が示されており、充填弁２５によってシステムから充填毛細管２４を介してガス状冷媒ｋ’を充填することができる。回転電機の残りの部分は図１による超伝導装置２の実施例のそれらと対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
回転子とこれに付設された冷却ユニットを備えた超伝導装置の実施例を示す概略縦断面図
【図２】
図２は図１による超伝導装置の特殊な構成を示す縦断面図
【符号の説明】
２　　超伝導装置
２’　超伝導装置
３　　外側ケーシング
４　　固定子巻線
５　　回転子
５ａ　中実の回転子軸部分
５ｂ　管状の回転子軸部分
６　　軸受
７　　真空容器
８　　懸架要素
９　　巻線ホルダ
１０　　超伝導巻線
１２　　側方空洞
１３　　中心空洞
１６　　冷却ヘッド
１７　　熱伝達体
１８　　凝縮器ユニット
２０　　ヒートパイプ
２２　　空間
２３　　真空容器
２４　　充填毛細管
２５　　充填弁
２６　　過圧弁
Ａ　　回転軸線
ｋ　　液状の冷媒（凝縮物）
ｋ’　ガス状の冷媒
Ｖ　　真空
Ｖ’　真空
ＰＶ　　熱緩衝容器
【国際公開パンフレット】
2004515192.tif 000003
2004515192.tif 000004
2004515192.tif 000005
2004515192.tif 000006
2004515192.tif 000007
2004515192.tif 000008
2004515192.tif 000009
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2004515192.tif 000011
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2004515192.tif 000014
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2004515192.tif 000019
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2004515192.tif 000021
2004515192.tif 000022
【国際調査報告】
2004515192.tif 000023
2004515192.tif 000024
2004515192.tif 000025
2004515192.tif 000026