(57)【要約】【課題】温度変化によって冷却槽が熱伸縮しても、超電導線の臨界電流値を正確に測定し、また測定異常により測定装置が停止することを防止する測定電極、および超電導臨界電流測定装置を供給する。【解決手段】超電導線８を冷却するための冷媒４を内部に保持する冷却槽２０の内部に具えられ、超電導線８の臨界電流値を測定する測定電極であって、超電導線８を挟み込む、略板状の上部電極３６および下部電極３７から構成されており、上部電極３６と下部電極３７とは、上部電極３６と下部電極３７との少なくとも一つを移動させる移動手段６を介して接続されており、下部電極３７は、冷却槽２０の底部に接触していない。【選択図】  図４
2012088223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線を冷却するための冷媒を内部に保持する冷却槽の内部に具えられ、超電導線の臨界電流値を測定する測定電極であって、
前記測定電極は、前記超電導線を挟み込む、略板状の上部電極および下部電極から構成されており、
前記上部電極と下部電極とは、前記上部電極と下部電極との少なくとも一つを移動させる移動手段を介して、接続されており、
前記下部電極は、前記冷却槽の底部に接触していないことを特徴とする測定電極。
【請求項２】
前記移動手段は、前記上部電極と下部電極とを、互いに平行な位置に保ちながら移動させることを特徴とする請求項１に記載の測定電極。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の測定電極を用いて、所定区間の超電導線の臨界電流値を測定する測定部と、
超電導線を前記所定区間長ずつ順次、測定部に移動させる送り部と、
臨界電流値を測定した超電導線を前記所定区間長ずつ順次、回収する回収部とで構成されることを特徴とする超電導臨界電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線の臨界電流値を測定する測定電極および超電導臨界電流測定装置に関し、特に長さが１００ｍを超える長尺超電導線の臨界電流値を測定する測定電極および超電導臨界電流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、長さが１００ｍを超える長尺超電導線の臨界電流値を測定する場合には、超電導線の特定の区間をサンプリングして臨界電流値を測定し、その臨界電流値を超電導線全体の臨界電流値とする方法や、長尺の超電導線を冷却槽に収納できるような大きさのコイル状にして臨界電流値を測定し、その臨界電流値を長尺超電導線の臨界電流値とする方法などが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、超電導線の特定の区間をサンプリングする方法においては、超電導線の臨界電流値は、超電導線全体にわたって一定ではないため、サンプリングした部分の臨界電流値が必ずしも超電導線全体にわたる臨界電流値を示すとは限らないという問題があった。
【０００４】
また、コイル状にして臨界電流値を測定する方法では、そのコイルに電流を流すことで磁場が発生し、その磁場によって臨界電流値が影響を受けるため、正確な臨界電流値の測定が困難となるという問題があった。また、超電導線の長さが長くなると、コイル状にした場合でも大きさが大きくなりすぎて、臨界電流値を測定するのが困難となる問題があった。
【０００５】
上記問題を解決するために、例えば特許文献１では、長尺超電導線を冷却槽に収納できる所定の長さ毎に、冷却槽を含む測定装置へ順次移動させ、所定区間長毎に臨界電流値を測定し、所定区間長毎に測定した臨界電流値のデータから全長の臨界電流値を演算させることにより、長尺超電導線全体の臨界電流値を正確に測定する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１７１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に開示されている測定方法では、図１ないし図３に示すように、測定電極３０は、上部電極３６と下部電極３７とで構成されており、下部電極３７は冷却槽２０の底部に固定されている。そして、超電導線８を所定区間長毎に冷却槽を含む測定装置へ移動させる際は、図１に示すように上部電極３６を上に移動させて上部電極３６と超電導線８とを離し、超電導線８の臨界電流値を測定する際は、図２に示すように上部電極３６を下に移動させて、上部電極３６と下部電極３７とで超電導線８を挟み込むようにして、測定電極３０と超電導線８を接触させる。
【０００８】
また、冷却槽に液体窒素などの冷媒を充填および排出（または蒸発）させる際、温度変化によって冷却槽が膨張、収縮を繰り返すことになる。すると冷却槽の底部が歪んで水平を保たなくなる場合があり、図３に示すように、冷却槽２０の底部に固定されている下部電極３７が水平を保たなくなる。下部電極３７が水平方向からずれると、水平に保たれている上部電極３６と、下部電極３７とが平行で無くなるので、臨界電流値を測定する際、上部電極３６と下部電極３７とで超電導線８を挟み込んでも、超電導線８と測定電極３０との接触が悪くなる。このような場合、臨界電流値が正確に測定できなかったり、または測定異常により測定装置が停止してしまったりする。
【０００９】
一方で、一回に測定する区間の長さを長くしたほうが、長尺超電導線の臨界電流値を全て測定するのに必要な測定回数を減らすことができ作業効率が良い。したがって冷却槽の長さを例えば数〜十数ｍと長く設計することが一般的である。そして冷却槽の長さが長いほど、温度変化による冷却槽底部の伸縮の幅が大きくなるため、上述の通り、臨界電流値が正確に測定できなかったり、または測定異常により測定装置が停止してしまったりする可能性が高くなる。
【００１０】
本発明は、以上の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、温度変化によって冷却槽が熱伸縮しても、超電導線の臨界電流値を正確に測定し、また測定異常により測定装置が停止することを防止する測定電極、および超電導臨界電流測定装置を供給することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る測定電極は、超電導線を冷却するための冷媒を内部に保持する冷却槽の内部に具えられ、超電導線の臨界電流値を測定する測定電極であって、前記超電導線を挟み込む、略板状の上部電極および下部電極から構成されており、前記上部電極と下部電極とは、前記上部電極と下部電極との少なくとも一つを移動させる移動手段を介して接続されており、前記下部電極は、前記冷却槽の底部に接触していない（請求項１）。
【００１２】
この測定電極を用いれば、上部電極と下部電極が移動手段を介して接続されており、また下部電極が冷却槽の底部に接触していないため、温度変化によって冷却槽が熱伸縮して歪んだとしても、その冷却槽の歪みが上部電極と下部電極との位置関係に与える影響は小さく、冷却槽が歪む前と同等に超電導線の臨界電流値を正確に測定することができる。
【００１３】
また移動手段は上部電極と下部電極とを、互いに平行な位置に保ちながら移動させることが好ましい（請求項２）。
このようにすれば、上部電極と下部電極が常に平行な位置関係に保たれるため、超電導線と測定電極との接触が良く、超電導線の臨界電流値をさらに正確に測定することができる。
【００１４】
本発明に係る超電導臨界電流測定装置は、本発明に係る上述の測定電極を用いて、所定区間の超電導線の臨界電流値を測定する測定部と、超電導線を前記所定区間長ずつ順次、測定部に移動させる送り部と、臨界電流値を測定した超電導線を前記所定区間長ずつ順次、回収する回収部とで構成される（請求項３）。
【００１５】
このようにすれば、上述の通り温度変化によって冷却槽が熱伸縮して歪んだとしても、冷却槽が歪む前と同等に超電導線の臨界電流値を正確に測定することができ、また測定異常により測定装置が停止することを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温度変化によって冷却槽が熱伸縮しても、超電導線の臨界電流値を正確に測定し、また測定異常により測定装置が停止することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の測定電極の構成で、超電導線を移動させている際の概略模式図である。
【図２】従来の測定電極の構成で、臨界電流値を測定している際の概略模式図である。
【図３】従来の測定電極の構成で、冷却槽の底部が歪んだ際の概略模式図である。
【図４】本発明の測定電極の構成で、超電導線を移動させている際の概略模式図である。
【図５】本発明の測定電極の構成で、臨界電流値を測定している際の概略模式図である。
【図６】本発明の測定電極の構成で、冷却槽の底部が歪んだ際の概略模式図である。
【図７】超電導臨界電流測定装置の構成を示す概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００１９】
図４ないし図６は、本発明の測定電極の構成を示す概略模式図で、超電導線８および冷却槽２０の長手方向から見た断面図である。測定電極３０は上部電極３６と下部電極３７とで構成されている。上部電極３６および下部電極３７の形状は、それぞれ略板状であり、超電導線を挟み込むように対向して配置されている。上部電極３６および下部電極３７の材質は電気抵抗が低い金属であれば特に限られたものではないが、銀や銅が好ましい。そして上部電極３６と下部電極とは移動手段６を介して接続されている。さらに移動手段６は、上部電極３６と下部電極３７とを互いに平行に保ちながら、下部電極３７を上下に移動させている。
【００２０】
図４は超電導線を移動させている際の測定電極の構成を示している。なお図４では超電導線８は、紙面に対して垂直方向に移動することになる。移動手段６が下部電極３７を下に移動させて、上部電極３６と下部電極３７とを離しているので、超電導線８が測定電極３０に固定されることなくスムーズに移動することができる。
【００２１】
図５は超電導線の臨界電流値を測定している際の測定電極の構成を示している。移動手段６が下部電極３７を上に移動させて、上部電極３６と下部電極３７とで超電導線８を挟み込んでいるので、超電導線８を測定電極３０に十分接触させることができる。このとき、上部電極３６と下部電極３７とが互いに平行になっているので、超電導線８と測定電極３０とを十分に接触させることができる。さらに上述の通り、移動手段６によって下部電極３７を上に移動させる際に、上部電極３６と下部電極３７とを互いに平行に保たせることによって、上部電極３６と下部電極３７とで超電導線８を挟み込んだときに上部電極３６と下部電極３７とが互いに平行になりやすいので、超電導線８と測定電極３０とを十分に接触させることができる。
【００２２】
図６は冷却槽の温度変化によって冷却槽底部が歪んでいる際の測定電極の構成を示している。図６では模式的に、冷却槽２０の幅方向に冷却槽２０の底部が歪んでいる様子を図示しているが、歪む方向は特にこれに限られる訳ではなく、むしろ冷却槽の長手方向の方が温度変化による冷却槽底部の伸縮量が大きいため、冷却槽の長手方向に冷却槽底部が歪む可能性が高い。そして本発明の測定電極では、上部電極３６と下部電極３７とが移動手段６によって接続されており、また下部電極３７が冷却槽２０に接触していないため、冷却槽２０の底部の歪みによって、上部電極３６と下部電極３７との位置関係が変動することは無い。したがって、冷却槽が歪む前と同等に超電導線８の臨界電流値を正確に測定することができる。
【００２３】
次に上述の測定電極を用いた超電導臨界電流測定装置について説明する。図７は、超電導臨界電流測定装置の構成を示す概略模式図である。超電導臨界電流測定装置１は、冷却槽２０と、送りローラ１１と、受けローラ１２と、演算・制御用コンピュータ９と、測定電極３０と、測定器５０を備えている。また冷却槽２０には液体窒素などの冷媒４が満たされている。冷媒４は超電導線８を冷却するためのものである。
【００２４】
送りローラ１１および受けローラ１２は円筒形状であり、超電導線８が巻付けられている。測定を開始する前には、送りローラ１１にのみ超電導線８が巻付けられており、受けローラ１２には超電導線８の端部が固定されている。
【００２５】
超電導線８は銀などのシース材に収められた金属被覆超電導材や、金属基板上に中間層および超電導層を積層して形成された薄膜超電導線材からなる。金属被覆超電導材の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、（ＢｉＸ−Ｐｂ２−Ｘ）Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０を用いることができる。また薄膜超電導線材の材質は特に限定されるものではないが、たとえば、ＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＲＥは希土類元素を示す。）を用いることができる。また、超電導線８の長さは１００ｍ以上であることが好ましい。また、超電導線８の形状は特に限定されるものではないが、好ましくは、テープ状であり、幅が４ｍｍ程度、厚さが０．２ｍｍ程度であればよい。
【００２６】
測定が開始されると、超電導線８は、送りローラ１１から補助ローラ１３を介して受けローラ１２へ順次巻取られる。また、送りローラ１１、受けローラ１２、補助ローラ１３はともに回転可能である。演算・制御用コンピュータ９が送りローラ１１と受けローラ１２と測定器５０に接続されている。演算・制御用コンピュータ９は送りローラ１１および受けローラ１２に信号を与え、送りローラ１１および受けローラ１２を回転させる。また、演算・制御用コンピュータ９は測定器５０と接続されているため、測定器５０で得られたデータから、さまざまな演算を行なうことができる。
【００２７】
測定電極３０は、超電導線８に電流を流すための一対の電流電極３１と、超電導線８の電圧を測定するための一対の電圧電極３２とを備えている。また電流電極３１および電圧電極３２とは、それぞれが上部電極３６と下部電極３７とで構成されている。上述の通り、上部電極３６と下部電極３７とは移動手段（図７では図示せず）を介して接続されている。下部電極３７は移動手段によって上下方向に移動可能であり、下部電極３７が上方向に移動すれば、電流電極３１および電圧電極３２は、超電導線８と接触する。測定電極３０の移動手段は、演算・制御用コンピュータ９と接続されており、演算・制御用コンピュータ９からの信号を受けて下部電極３７を移動させる。
【００２８】
測定器５０は、電流源５１と、電圧計５２とを備えている。電流電極３１は電流源５１に接続され、電圧電極３２は電圧計５２に接続されている。電流源５１は、超電導線８に一定値の電流を流すことができる。電圧計５２は、一対の電圧電極３２の間の電位差を計測することができる。電流源５１および電圧計５２より得られたデータは、演算・制御用コンピュータ９に渡される。
【００２９】
次に、このように構成された超電導臨界電流測定装置１を用いて超電導線の臨界電流値を測定する方法について説明する。まず、長尺の超電導線８を用意する。超電導線８を図７で示されるように配置する。次に、演算・制御用コンピュータ９が、下部電極３７を上へ動かすように信号を送り、電流電極３１および電圧電極３２が超電導線８と接触する。このような状態で、電流源５１から所定の電流が超電導線８に流される。このときの一対の電圧電極３２の間の電位差が電圧計５２により計測される。以降、一対の電圧電極３２の間の長さを所定区間長３５と定義する。
【００３０】
演算・制御用コンピュータ９は、電流源５１から流される電流の値を変化させ、それぞれの電流値に対する電圧値を測定する。電流値と電圧値との関係データより超電導線８の長さに応じた基準電圧における臨界電流値を計算する。例えば、超電導線の長さ１ｃｍ当りの基準発生電圧を１μＶとした場合、所定区間長３５が４ｍならば、基準電圧は０．４ｍＶとなるので、電圧計５２で計測される電圧が０．４ｍＶを超えたときの電流値が、所定区間長３５での臨界電流値となる。
【００３１】
次に、演算・制御用コンピュータ９は、下部電極３７を下へ動かすように信号を送り、電流電極３１および電圧電極３２と超電導線８との接触が外れる。次に、演算・制御用コンピュータ９は、送りローラ１１には、超電導線８を所定区間長３５の長さだけ送るように、受けローラ１２には、超電導線８を所定区間長３５の長さだけ巻取るように信号を与える。この信号を受けた送りローラ１１は超電導線８を所定区間長３５の長さだけ送り、受けローラ１２は超電導線８を所定区間長３５の長さだけ巻取る。これにより、前のステップで計測した超電導線８の第１区間に隣接する第２区間が、一対の電圧電極３２の間に位置することになる。そして、上述のようなステップを経ることにより、この第２区間でも電流と電圧との関係を測定し、臨界電流値を求めることができる。これを繰り返すことにより、長尺の超電導線全長の臨界電流値を測定することができる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３３】
実施例として、図４ないし図６と同様の測定電極を用いて、図７と同様の超電導臨界電流測定装置を構成した。上部電極および下部電極の材質は銀で、サイズは長さ５５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１０ｍｍである。冷却槽２０の材質はＳＵＳ３０４で、長さ５．５ｍ、幅０．２５ｍ、高さ０．２５ｍである。超電導臨界電流測定装置１の所定区間長３５の長さは４ｍである。超電導線８は、Ｂｉ系の酸化物超電導材を銀のシース材に収めた金属被覆超電導線材を用いた。また超電導線８の長さは１０００ｍで、幅は４ｍｍ、厚さは０．２３ｍｍである。
【００３４】
超電導線の臨界電流測定を開始する前に、冷却槽２０に溶媒４を入れた。冷媒４には液体窒素を用いた。そして、超電導臨界電流測定が終了した後に、冷却槽２０から液体窒素を排出させた。
【００３５】
冷却槽への液体窒素の注入と排出を２０回繰り返した後に、再度同じ超電導線の臨界電流値を測定したが、測定異常により測定装置が停止することは無かった。また測定された臨界電流値は、液体窒素の注入と排出を２０回繰り返す前に測定した臨界電流値とほぼ同じ値だった。
【００３６】
本実施例では、温度差による冷却槽の熱伸縮で冷却槽底面に歪みが生じているが、上部電極と下部電極との位置関係が変動することが無く、冷却槽が歪む前と同等に超電導線の臨界電流値を正確に測定することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、温度変化によって冷却槽が熱伸縮しても、超電導線の臨界電流値を正確に測定し、また測定異常により測定装置が停止することを防止できるので、特に長さが１００ｍを超える長尺超電導線の臨界電流を測定する超電導臨界電流測定装置として好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１  超電導臨界電流測定装置、１１  送りローラ、１２  受けローラ、１３  補助ローラ、２０  冷却槽、３０  測定電極、３１  電流電極、３２  電圧電極、３５  所定区間長、３６  上部電極、３７  下部電極、４  冷媒、５０  測定器、５１  電流源、５２  電圧計、６  移動手段、８  超電導線、９  演算・制御用コンピュータ
【図１】
2012088223.tif 000003
【図２】
2012088223.tif 000004
【図３】
2012088223.tif 000005
【図４】
2012088223.tif 000006
【図５】
2012088223.tif 000007
【図６】
2012088223.tif 000008
【図７】
2012088223.tif 000009