(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、
前記導体部は、中空パイプを備え、この中空パイプの内部に極低温部から常温部につながる密閉空間を形成し、この密閉空間に、極低温で液化しない気体を充填していることを特徴とする極低温機器の端末構造。
【請求項２】
極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、
常温部は、導体部が貫通される絶縁外被を備え、この絶縁外被と導体部との間に形成される空間に絶縁油を充填するとともに、この空間の上部に絶縁油の無い空隙部を形成し、
導体部は、中空パイプを備え、この中空パイプの内部に極低温部から常温部につながる空間を形成し、
導体部の空間を、常温部の空隙部にのみ連通させ、導体部の空間と常温部の空隙部とに、極低温で液化しない気体を充填していることを特徴とする極低温機器の端末構造。
【請求項３】
極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、
前記導体部は、内部に電流リードが挿入される中空パイプを備え、この中空パイプと電流リードとの間に極低温部から常温部につながる密閉空間を形成しこの密閉空間が真空に保持されていることを特徴とする極低温機器の端末構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温機器の導体を極低温から常温に引き出す端末構造に関するものである。特に、絶縁性能とにすぐれた端末構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図5は従来の極低温機器用端末構造を示す概略図である。
【０００３】
この端末構造は、極低温機器100（図示せず）の端末と、その端末が収納される冷媒槽10と、極低温機器の導体から常温部へ電気的導通をとるブッシング30と、冷媒槽10の外側を覆う真空槽20と、真空槽20の上部に突設される碍子40とを具える。
【０００４】
極低温機器100の超電導導体につながる接続導体80はほぼ直角方向にブッシング30が接続されている。ブッシング30は、例えばステンレス管の中心に銅などの導体を挿入し、ステンレス管の外周にエチレンプロピレンゴムなどの固体絶縁を被覆したものである。ブッシングの一端は冷媒中に浸漬され、他端は真空槽20と碍子40との接合面を貫通して碍子40内に収納されている。碍子40の内部には絶縁油やSF6などの絶縁流体60が充填されており、絶縁油を充填した場合は、上部に空気溜りを形成する場合もある。ステンレス管の内部には極低温から常温につながる空間が存在し、この空間が前記空気溜りに連通している場合としていない場合がある。
【０００５】
冷媒槽内には供給管70より補給される液体窒素11が蓄えられると共に、上部は窒素ガス溜まり部13となっている。この窒素ガスの排出はガス排出口73から行える。
【０００６】
従って、このような端末構造では、極低温機器100から碍子40に至る導通部はケーブル側から順に液体窒素11に浸漬された極低温部、窒素ガス溜まり部13、碍子内の常温部を通ることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の端末構造では次のような問題があった。
【０００８】
▲１▼ブッシング内部の空間と碍子内の空気溜りが連通している場合、絶縁性能の低下を招くことがある。
ブッシング内に極低温から常温につながる空間が存在するため、その内部に空気が存在すると、極低温温度により空気の液化・凍結が発生し、容積が大幅に減じる。その結果、碍子内が負圧になり絶縁性能の低下につながる。
【０００９】
ブッシングの空間内ガスの体積変化に追従できるようにガス供給装置を接続することも考えられるが、ガス注入口が高電圧部となるため、課電停止・配管着脱が必要となり、現実的でない。
【００１０】
ブッシングの空間にガス供給は行わず、予めブッシング内の空間および碍子内の空気溜りを高圧力にしておき、冷却による圧力低下によっても絶縁性能に影響しないようにすることも考えられる。しかし、絶縁性能に影響しない程度の圧力を冷却後に確保しようとすれば冷却前の圧力が過大となり、現実的でない。
【００１１】
▲２▼ブッシング内の空間と碍子内の空気溜りとが連通していない場合、ブッシング内の過大な圧力変化に伴って機械的破損を招くことがある。
ブッシング内の空間と碍子内の空気溜りとが連通していない構成では、一般にブッシング内部の空間は封止されており、上述の負圧に伴う絶縁性能の低下は問題にならない。しかし、ブッシング内部の空間の封止が完全でないことも予想され、その場合は僅かながらも空間と空気溜りとの連通が生じる可能性がある。長期的に見れば、ブッシングの空間内のガスが液化して負圧になり、その状態で徐々に空気溜りの空気がブッシング内部に吸い込まれることが考えられる。そして、空気溜りからブッシング内の空間に吸い込まれた空気が液化してしまうと、常温に復帰する際に非常に大きな圧力となり、ブッシングを機械的に破損してしまう原因となる。
【００１２】
従って、本発明の主目的は、ブッシングなどの導体部内部に液化物が発生することを防止し、それに伴う絶縁性能の低下および導体部内部の過大な圧力変化を抑制できる極低温機器の端末構造を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導体部内部の空間に充填する気体を限定したり、その空間を真空にすることで上記の目的を達成する。
【００１４】
すなわち、本発明は極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、前記導体部は極低温部から常温部につながる空間を有し、この空間に、極低温で液化しない気体が充填されていることを特徴とする。
【００１５】
この場合に用いる気体の具体例としてはヘリウムが挙げられる。
【００１６】
また、本発明は、極低温部から常温部に引き出される導体部を有する極低温機器の端末構造であって、前記導体部は極低温部から常温部につながる空間を有し、この空間が真空に保持されていることも特徴とする。
【００１７】
極低温部から常温部につながる空間内を極低温で液化しない気体で充填するか真空とすることで、極低温温度によっても空間内に液化物が発生することを抑制し、導体部内の減圧に伴う絶縁性能の低下や導体部内の過大な圧力変化を防止することができる。
【００１８】
本発明端末構造のより具体的な各部の構成を説明する。
【００１９】
導体部は、中空パイプを具えるものや、中空パイプの内部に銅などの良導性の電流リードを挿入したもののいずれでも構わない。導体部の内部に極低温部から常温部につながる空間が形成されたものとする。通常、中空パイプの外周にゴム、エポキシ樹脂などの固体絶縁が施される。絶縁電流リードの形態は、棒、パイプ、撚り線などが挙げられる。
【００２０】
極低温部は、液体窒素などの冷媒により極低温状態に保持される構造であれば特に限定されない。代表的な構成としては、冷媒を貯える冷媒槽と、その外周を真空に保持する真空槽を具えるものが挙げられる。
【００２１】
常温部は、碍子やエポキシ套管などの絶縁外被のほぼ中心に導体部が貫通され、絶縁外被と導体部との間の空間に絶縁流体が充填された構成が挙げられる。絶縁流体には、絶縁油などの液体やSF6などのガスが利用できる。絶縁油を用いた場合、一般に絶縁外被内に絶縁油溜まりと、その上部に形成される空隙部とを具える。
【００２２】
この空隙部と導体部内の空間とが連通している場合、導体部内の空間および前記空隙部を極低温で液化しない気体で充填する。それにより、導体部内に極低温で液化物が発生することを防止し、導体部内および空隙部内が負圧となることに伴って絶縁性能が低下することを防止する。
【００２３】
絶縁油溜まりの上部に形成される空隙部と導体部内の空間とが連通しない場合、導体部内の空間を真空にするか極低温で液化しない気体で充填すれば良い。この構成は、導体部内の空間を溶接などにより密封することで実現すれば良い。それにより、導体部内に極低温で液化物が発生することを防止し、ブッシング内の過大な圧力変化を抑制して、ブッシングの機械的破損を防止する。
【００２４】
本発明端末構造を適用する極低温機器としては、超電導ケーブル、超電導磁気エネルギー貯蔵（SMES：Superconducting  magnetic  energy  storage  system）、超電導限流器などが挙げられる。特に、本発明端末構造は、長距離の冷却を行うためにクローズドシステムによる循環冷却が必要とされる超電導ケーブルの端末構造に最適である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
ここでは、超電導ケーブルの端末構造を例として説明する。図１は本発明端末構造の概略図である。この端末構造は、冷媒槽10内の液体窒素11に浸漬された極低温部と、碍子40に収納された常温部と、極低温部と常温部の間に形成された真空断熱部とを具える。
【００２６】
極低温部を構成する冷媒槽10には、図示しない超電導ケーブルの導体につながる接続導体が真空槽20を経て導入される。冷媒槽10は、内部に液体窒素11が密閉される円筒管である。前記の接続導体は冷媒槽内でブッシング30（導体部）に接続される。
【００２７】
このような冷媒槽10は、真空槽20内に収納されている。真空槽20はその内部を所定の真空状態に維持できるよう構成され、図示しない真空槽20の下端部は超電導ケーブルの断熱管（図示せず）と接続されている。真空槽と断熱管との接続個所および断熱管の内部も真空に保持される。
【００２８】
一方、真空槽20の上部には碍子40が固定されて常温部を構成している。碍子40は内部に後述するブッシング30が収納されると共に、碍子内とブッシング30との間に絶縁油が充填された絶縁油溜まり41と、その上部に形成される空隙部42と具えている。
【００２９】
ブッシング30は、ステンレスパイプ31の外周に繊維強化プラスチック（FRP）と箔電極とを積層した固体絶縁層32を具える両端部がテーパー状の棒状体である。ブッシングの一端は液体窒素11中に浸漬され、他端は碍子40内に導入されている。FRPと箔電極との積層はいわゆるコンデンサー方式の電界緩和手段である。ステンレスパイプ31の内部には、電流リード33となる銅パイプが挿入されている。テーパー構造、コンデンサー方式の電界緩和手段はブッシングの一例であり、本発明の構成を限定するものではない。直管構造のブッシングでも良いし、ストレスコーン方式の電界緩和手段を用いてもよい。
【００３０】
ステンレスパイプ31内には極低温部から常温部につながる空間34が形成されている。この空間34は絶縁油溜まり上部の空隙部42に連通されており、内部に極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。極低温温度は、通常は用いる冷媒の温度のことである。一般に冷媒は、ヘリウムよりも沸点の高いもの、例えば液体窒素が好ましい。大気圧でN2の沸点は77.3Kである。この構成により、ブッシング内部に極低温で液化物が発生することを防止し、空間内および空隙部内が負圧となることに伴って絶縁性能が低下することを防止する。
【００３１】
一方、ブッシング30の外周には、一対のフランジ35、36を一体化した。下方のフランジが極低温側フランジ35で、上方のフランジが常温側フランジ36である。
【００３２】
フランジ35、36は固体絶縁層32にねじ嵌合して接着で一体化するため、固体絶縁層外周の材料と接着しやすいものを選択する。ここでは、極低温側フランジ35をFRP製に、常温側フランジ36をステンレス製とした。
【００３３】
このような常温側フランジ36で真空槽20の上端を封止し、さらに極低温側フランジ35で冷媒槽10の上端を封止することで、極低温側フランジ35と常温側フランジ36との間に形成される空間を真空断熱部とする。
【００３４】
ここで、常温側フランジ36を波付け加工したフレキシブル管50を用いて可動式に構成し、ブッシング30の熱伸縮に対応して常温側フランジ36を可動とし、極低温側フランジ35に過大な応力がかかることを防止する。
【００３５】
例えば、冷媒槽10の上端に極低温側フランジ35を固定する。フレキシブル管50の上端は常温側フランジ36に固定され、さらにフレキシブル管50の下端が真空槽30の上端に連結される。
【００３６】
このような真空断熱部を設けることで、極低温部と常温部との間の断熱性を高め、非常に断熱性に優れた極低温機器の端末構造を実現できる。また、冷媒槽を密閉して冷媒を非補給・循環させて冷却するクローズドシステムの端末構造を構成できる。
【００３７】
（実施例２）
次に、常温部の構成が異なる実施例を図２に示す。実施例２は、常温部の端部の構成が異なるだけで、他の構成は実施例１と同様であるため、主に相違点について説明する。
【００３８】
この常温部は、碍子内にブッシング30が収納されているが、ブッシング内部に形成された空間34が絶縁油溜まり上部に形成された空隙部42と連通していない構成である。この場合、ブッシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。ブッシング内の空間はステンレスパイプ31の端部を溶接することなどにより封止する。この構成により、ブッシング内部に液化物が生じることを抑制し、ブッシング内の過大な圧力変化を抑制して、ブッシングの機械的破損を防止する。
【００３９】
（実施例３）
次に、常温部の絶縁流体をSF6ガス43とした実施例を図３に示す。実施例３は、常温部の端部の構成が異なるだけで、他の構成は実施例１と同様であるため、主に相違点について説明する。
【００４０】
この常温部も、碍子内にブッシング30が収納されているが、ブッシング内部に形成された空間34がSF6ガス43の充填空間と連通していない構成である。実施例２では絶縁流体に絶縁油を用いたが、本例では絶縁油の代わりにSF6ガス43を用いている。この場合でもブッシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。ブッシング内の空間はステンレスパイプ31の端部を溶接することなどにより封止する。この構成により、ブッシング内部に液化物が生じることを抑制し、ブッシング内の過大な圧力変化を抑制して、ブッシングの機械的破損を防止する。
【００４１】
（実施例４）
さらに、真空断熱部を有しない端末構成を図４に示す。実施例１では２つのフランジを用いて真空断熱部を形成したが、本例ではブッシング外周のフランジ37を一つとし、冷媒層内に液体窒素部12と窒素ガス溜まり部13とを有する構成とした。フランジ37を境界として、その上部は直ちに常温部につながっている。
【００４２】
この端末構造でも、実施例１に示したように、ブッシング内部に形成された空間34が絶縁油溜まり上部に形成された空隙部42と連通している場合、ブッシング内部の空間に極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。この構成により、ブッシング内部に液化物が生じることを抑制して、絶縁性能の低下を防止する。
【００４３】
これら空間34と空隙部42とが連通していない場合、実施例2、3に示したように、ブッシング内部の空間を真空にするか極低温温度で液化しないヘリウムガスを充填する。この構成により、ブッシング内部に液化物が生じることを抑制し、ブッシング内の過大な圧力変化を抑制して、ブッシングの機械的破損を防止する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明端末構造によれば、極低温部から常温部につながる空間内を極低温で液化しない気体で充填するか真空とすることで、極低温温度によっても空間内に液化物が発生することを抑制する。それに伴って、導体部内の減圧に伴う絶縁性能の低下または導体内部の過大な圧力変化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の概略断面図である。
【図２】本発明実施例２における常温部の部分断面図である。
【図３】本発明実施例３における常温部の部分断面図である。
【図４】本発明実施例４の概略断面図である。
【図５】従来の端末構造の概略断面図である。
【符号の説明】
10  冷媒槽
11  液体窒素
12  液体窒素部
13  窒素ガス溜まり部
20  真空槽
30  ブッシング
31  ステンレスパイプ
32  固体絶縁層
33  電流リード
34  空間
35  極低温側フランジ
36  常温側フランジ
37  フランジ
40  碍子
41  絶縁油たまり
42  空隙部
43  SF6ガス
50  フレキシブル管
60  絶縁流体
70、71  供給管
73  排出口
80  接続導体
100  極低温機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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