(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導素線に並列配置する２つの銅線を組み合せて一体とする超電導導体と、
超電導導体のクエンチを検出するクエンチ検出装置と、
通電中、前記超電導導体にクエンチが発生したとき、前記クエンチ検出装置からの指令に基づいて前記銅線を加熱させる加熱用電源と、を備え、
前記２つの銅線は、互いの一端に接続部を形成し、前記接続部同士を電気的に結合され、他端を前記加熱用電源に接続することを特徴とする超電導装置。
【請求項２】
前記接続部同士の結合は半田付けにて行うことを特徴とする請求項１記載の超電導装置。
【請求項３】
前記２つの銅線は、超電導導体毎に設けたことを特徴とする請求項１記載の超電導装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の超電導導体を備えたエネルギ蓄積装置。
【請求項５】
請求項１から３に記載の超電導導体を備えた磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置およびこの超電導装置を備えた磁場発生装置に係り、特に、超電導状態から常電導状態に転移（クエンチ）の際、超電導導体を焼損から保護することを可能とした超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置およびこの超電導装置を備えた磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超電導装置に使用する超電導コイルにおいては、液体ヘリウムにより極低温に冷却し、常電導状態から超電導状態に転移させ、電気抵抗をゼロにし、超電導導体への通電の際、発熱を発生させない運転を行っている。
【０００３】
このような特質を持つ超電導導体は、印加される電界、磁界や環境の温度変化によって部分的に超電導状態が維持できなくなって常電導状態になる、いわゆるクエンチが起ることがある。
【０００４】
超電導導体は、常電導状態において電気抵抗の高い材料で製造されているため、クエンチが起ると部分的にその抵抗が高くなる。
【０００５】
例えば、ＮｂＴｉを素線材料とする超電導コイルにおいては、運転中にクエンチが起ると、超電導導体がジュール発熱により素線そのものが焼損する虞がある。
【０００６】
このため、このような事象を招く事前に、クエンチを検出し、適切に措置し、超電導導体を保護することが必要とされる。
【０００７】
従来、超電導コイルのクエンチを事前に検出する手段として、例えば、特許文献１や特許文献２に見られるように、超電導導体の巻線部に、加熱用のヒータを別途設け、このヒータの電源に無停電電源等を設けた発明や、特許文献３に見られるように、超電導導体の巻線の一部に強制的に電流を流す電流印加回路を設けた発明等、数多くの発明が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２３５４１２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２８０８号公報
【特許文献３】特開２００２−７６４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述特許文献１〜３に開示された超電導コイルは、巻線後に、別途、加熱用のヒータを取り付けたり、あるいは、超電導コイルの一部に強制的に過電流を流しているが、例えば、超電導導体自体をパルス的に使用するとき、過電流を流すための回路に高電圧が印加され、通常運転においても、超電導導体を加熱させるための電流が流れる心配がある。
【０００９】
また、超電導コイルのクエンチを検出する際、微弱な電圧電源を用いていると、クエンチが発生しているのに見誤って何らの措置もなく超電導導体を焼損させたり、あるいは、クエンチが発生していないのに誤操作により超電導導体への通電を止めたりする等、運転に支障を与える不安がある。
【００１０】
このため、微弱な電圧電源にマージンを加えて誤操作のないようにすることも考えられるが、それには自ずと限界がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に対処してなされたものであり、初期クエンチの際、余裕をもって、より確実にクエンチを検出するとともに、超電導導体の局所的なクエンチに対し、導体全体に常電導を積極的に拡大せしめ、導体の焼損を確実に防ぐ超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置およびこの超電導装置を備えた磁場発生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】
【００１２】
本発明に係る超電導装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、超電導素線に並列配置する２つの銅線を組み合せて一体とする超電導導体と、超電導導体のクエンチを検出するクエンチ検出装置と、通電中、前記超電導導体にクエンチが発生したとき、前記クエンチ検出装置からの指令に基づいて前記銅線を加熱させる加熱用電源と、を備え、前記２つの銅線は、互いの一端に接続部を形成し、前記接続部同士を電気的に結合され、他端を前記加熱用電源に接続するものである。
【００１４】
また、本発明に係る超電導装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記接続部同士の結合は半田付けにて行うものである。
【００１５】
また、本発明に係る超電導装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、前記２つの銅線は、超電導導体毎に設けたものである。
【００１６】
また、本発明に係る超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、請求項１から３に記載した超電導導体を、エネルギ蓄積装置に適用したものである。
【００１７】
また、本発明に係る超電導装置の磁場発生装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、請求項１から３に記載した超電導導体を磁場発生装置に適用したものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置およびこの超電導装置を備えた磁場発生装置は、通電中、超電導導体にクエンチが発生したとき、超電導導体に外側から熱を与える２つの銅線を設けて超電導導体の全体を加熱させるとともに、２つの銅線を無誘導に接続させ、初期クエンチ時に超電導導体の外側から加える電圧をより小さくする構成にしたので、余裕をもってより早く超電導導体の焼損を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置およびこの超電導装置を備えた磁場発生装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る超電導装置に適用される超電導コイルにおける超電導導体を示す概念図である。
【００２１】
この超電導導体４は、ＣｕＮｉで被覆されたＮｂＴｉ材等のＮｂ−Ｔｉ系合金、Ｎｂ３Ｓｎ等の金属間化合物で複数の超電導素線（フィラメント）２に、例えばホルマールで被覆された加熱用としての第１銅線３Ａおよび第２銅線３Ｂを並列配置し、一緒に撚り合せて一体とした後、例えばポリイミド等のフィルム状の絶縁物でテーピングして矩形状の超電導導体４に成形し、成形した超電導導体４を、例えばエポキシ樹脂等の絶縁物で含浸させて製造するようになっている。
【００２２】
このようにして製造された超電導コイル１を、例えば、エネルギ蓄積装置（ＳＭＥＳ）、あるいは磁場発生装置に使用する場合、超電導装置は、図２に示すように、超電導導体４を真空容器（クライオスタット）５に収容し、液体ヘリウム等の冷媒で極低温に冷却し、超電導状態を維持させている。
【００２３】
このように、運転中、超電導コイル１が超電導状態に維持されていても、例えば、長年の使用の結果、コイルの絶縁物と超電導導体との間に剥離等が発生し、その際の発熱のために常電導状態に転移するクエンチが発生する。
【００２４】
本実施形態に係る超電導装置は、超電導コイル１にクエンチが発生したとき、より早く余裕を持って、運転中、超電導コイル１に蓄積された電気エネルギをより早く消費させる構成にしたものである。
【００２５】
すなわち、真空容器５に収容された超電導導体４は、接続口６Ａ，６Ｂを介して電流リード７に接続される。
【００２６】
電流リード７は、超電導導体４に電流を与える励磁用電源８と、クエンチが発生したとき、蓄積した電気エネルギを消費させる保護抵抗９、および遮断器１０を備えている。
【００２７】
一方、超電導導体４中、超電導素線２と一緒に撚り合されて一体とする第１銅線３Ａおよび第２銅線３Ｂは、一端を、被覆絶縁物を除去し、半田付けによって接続部１１を形成するとともに、他端をリード線１２を介して加熱用電源１３に接続する。
【００２８】
他方、超電導導体４に設けられた負荷タップ１４は、クエンチ検出装置１５を介して励磁用電源８および加熱用電源１３のそれぞれに接続される。
【００２９】
このような構成を備える超電導装置において、超電導導体４にクエンチが発生すると、負荷タップ１４は、クエンチ信号をクエンチ検出装置１５に与え、ここで、例えばブリッジ回路等による検出電圧が予め定められた電圧を超えているとき、クエンチと判断する。
【００３０】
クエンチが確認されると、クエンチ検出装置１５は、クエンチ信号を励磁用電源８と加熱用電源１３のそれぞれに与える。
【００３１】
励磁用電源８は、遮断器１０を開放させるとともに、保護抵抗９により運転中に蓄積された電気エネルギを消費させ、超電導導体４を熱破壊から保護する。
【００３２】
また、加熱用電源１３は、クエンチ検出装置１５からのクエンチ信号によってＯＮし、第１銅線３Ａおよび第２銅線３Ｂを加熱させ、この加熱によって超電導導体４の全体を加熱させ、超電導導体４の局所的な熱応力の発生を防止する。
【００３３】
そして、この場合、第１銅線３Ａと第２銅線３Ｂとは、それぞれの一端に接続部１１を形成し、無誘導にして外部からの擾乱の影響を全く受けない構成にしているので、クエンチが発生したとき、余裕をもってより早く超電導導体４の全体を加熱させることができる。
【００３４】
このように、本実施形態は、運転中、超電導導体４にクエンチが発生したとき、クエンチを検出するクエンチ検出器１５と、クエンチ検出器１５からの指令に基づいて加熱用電源１３をＯＮさせ、超電導導体４に熱を与える第１銅線３Ａおよび第２銅線３Ｂを設けるとともに、第１銅線３Ａと第２銅線３Ｂとは、外部からの擾乱の影響を全く受けない無誘導にし、超電導導体４の初期クエンチ時、その外側から加える電圧を小さくする構成にしたので、運転中、蓄積された電気エネルギによる超電導導体４の焼損等を余裕をもってより早く、確実に防止させることができる。
【００３５】
そして、本実施形態は、エネルギ蓄積装置、磁場発生装置に適用される。
【００３６】
図３は、本発明に係る超電導装置の第２実施形態を示す回路図である。
【００３７】
なお、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付す。
【００３８】
超電導導体４を製造する場合、製造設備の製造能力に限界があって、複数個に製造分割し、分割したものを一つに組み立てる場合がある。
【００３９】
本実施形態は、製造分割した超電導導体４Ａ，４Ｂに対処させたものであり、図３に示すように、製造分割した超電導導体４Ａ，４Ｂを接地アース１６を介装して導体１７で接続するとともに、超電導導体４Ａ，４Ｂ毎に第１銅線３Ａ１，３Ａ２、第２銅線３Ｂ１，３Ｂ２および加熱用電源１３Ａ，１３Ｂを設けたものである。
【００４０】
このように、本実施形態は、製造分割した超電導導体４Ａ，４Ｂに対応する第１銅線３Ａ１，３Ａ２、第２銅線３Ｂ１，３Ｂ２を設けたので、電気容量がより大きくなっても、クエンチに対する対策を十分に講じることができる。
【００４１】
なお、この実施形態は、エネルギ蓄積装置、磁場発生装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置および磁場発生装置に適用する超電導コイルを示す概念図。
【図２】本発明に係る超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置および磁場発生装置の第１実施形態を示す回路図。
【図３】本発明に係る超電導装置、この超電導装置を備えたエネルギ蓄積装置および磁場発生装置の第２実施形態を示す回路図。
【符号の説明】
【００４３】
１  超電導コイル
２，２Ａ，２Ｂ  超電導素線
３Ａ，３Ａ１，３Ａ２  第１銅線
３Ｂ，３Ｂ１，３Ｂ２  第２銅線
４，４Ａ，４Ｂ  超電導導体
５  真空容器
６Ａ，６Ｂ  接続口
７  電流リード
８  励磁用電源
９  保護抵抗
１０  遮断器
１１  接続部
１２  リード線
１３，１３Ａ，１３Ｂ  加熱用電源
１４  負荷タップ
１５  クエンチ検出装置
１６  接地アース
１７  導体
【図１】
0005057965.tif 000002
【図２】
0005057965.tif 000003
【図３】
0005057965.tif 000004