JP2015026614A - ２つの超伝導ケーブルを導電結合させるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに同心に配置されている少なくとも２つの超伝導体を備えた２つの超伝導ケーブルを、容易に導電結合できる方法を提供する。
【解決手段】結合される超伝導体２，４とシールドとを、超伝導ケーブル７，８の端部において、互いに導電結合させる。超伝導ケーブルの端部を、それらの自由端が互いに逆方向に指向するように、且つそれらの超伝導体が互いに少なくとも略同一の高さにあるように、互いに平行に並設する。超伝導ケーブルを互いに固定する。超伝導ケーブルのそれぞれ２つの超伝導体を、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素１０〜１２によって互いに導電結合させる。超伝導ケーブルのシールドを別個の接触要素１３〜１５を用いてスルーコネクトし、その後超伝導ケーブルの端部を、電気エネルギー伝送経路を構築する際に共にクライオスタットのハウジング１６内に配置し電気絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに同心に配置され、それぞれ誘電体によって取り囲まれている少なくとも２つの超伝導体と、外側の誘電体上に挿着されている電気的に有効なシールドとをそれぞれ有している２つの超伝導ケーブルを導電結合させるための方法であって、前記両ケーブルの端部において結合される前記超伝導体と前記シールドとを、まず、取り囲んでいる層から自由にし、その後に互いに導電結合させるようにした前記方法に関するものである（特許文献１を参照）。

超伝導ケーブルは、種々の実施態様のものが従来より知られている。これは、基本的には、２つの超伝導ケーブルを電気的に結合させる技術ともいえる。超伝導ケーブルが従来のケーブルと異なる主要な点は、超伝導ケーブルは、十分低い温度で超伝導状態へ移行して直流電気抵抗がゼロになる材料から成っている超伝導体を有している点である。適した超伝導材料は、たとえば希土類をベースにした酸化材である。この種の材料が超伝導状態へもたらされる十分低い温度は、たとえば６７Ｋと１１０Ｋの間にある。これらすべての材料に適した冷媒はたとえば窒素、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれら物質の混合物である。少なくとも１つの超伝導ケーブルを備えた電気エネルギー伝送経路の作動時には、公知の技術では超伝導ケーブルはクライオスタット内に配置される。クライオスタットは少なくとも１つの熱絶縁管から成り、伝送経路の作動時にこの管を通じて、使用される超伝導材料に適した冷媒が誘導され、有利には先に引用した冷媒の１つが誘導される。

電気エネルギーの伝送経路内では、１つの超伝導ケーブルの２か所以上を互いに導電結合させねばならない。これは、両ケーブルの超伝導体とシールドとを、まず、これらを取り囲んでいる層から自由にさせねばならないことを意味している。公知の技術では、両ケーブルのそれぞれ２つの超伝導体を導電結合した後、実質的には誘電体である除去した層を再び取り付けねばならない。これは、たとえば絶縁材料から成るバンドを、両超伝導体を含んでいる結合個所全体に巻回することによって行なわれる。その後、その上にある超伝導体とシールドとを同様に導電結合させ、同じようにして絶縁させる。これは、１つの超伝導体と１つのシールドのみを備えたケーブルにおいてすでに非常に面倒であり、時間を浪費し、さらに専門家の投入を必要とする。たとえば冒頭で述べた特許文献１から読み取れるように、２つまたは３つの互いに同心に配置され且つ互いに絶縁される超伝導体を備えたケーブルの場合、コストはかなり高く、しかもその際、再形成される１つまたは複数の絶縁部の壁厚は少なくとも本来の壁厚よりも著しく大きくならないよう保証されていなければならない。この場合にだけ、結合部位を取り囲んでいるクライオスタットのサイズは、伝送経路の作動を、特にクライオスタットを通過する冷媒の流動を阻害しない程度に小型化することができる。

欧州特許第１５５２５３６号明細書

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法において、互いに同心に配置されている少なくとも２つの超伝導体を備えた２つの超伝導ケーブルを、コストを著しく低減させて導電結合できるように構成することである。

この課題は、本発明によれば、
両ケーブルの端部を、それらの自由端が互いに逆方向に指向するように、且つそれらの超伝導体が互いに少なくとも略同一の高さにあるように、互いに平行に並設すること、
前記両ケーブルの前記端部を互いに固定すること、
前記両ケーブルのそれぞれ２つの前記超伝導体を、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合させること、
前記両ケーブルのシールドを別個の接触要素を用いて導電性を持つようにスルーコネクトすること、
このように処理した前記両ケーブル端部を、電気エネルギー伝送経路を構築する際に共にクライオスタットのハウジング内に配置し、前記伝送経路の作動の際に前記ハウジングに電気絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させること、
によって解決される。

以下では、簡単にするために、「超伝導体」という言葉の代わりに、単に「伝導体」という言葉を使用する。

この方法の主要な利点は、伝導体（その数量に関係なく）およびシールドを導電結合した後、それぞれの伝導体の結合部位に絶縁層を取り付ける必要がないことにある。これによって両ケーブルを結合させるためのコストが著しく低減されている。これは絶縁材の節減にも、組立工の時間浪費的な仕事に対しても言えることである。

この利点は、結合されるケーブルが３つの互いに同心に配置される伝導体を有しているならば、さらに効果的である。従来の技術では、両ケーブルの２つの伝導体を導電結合させた後でまずこれら伝導体のための絶縁層または誘電体を再形成させてから、それぞれその上にある両伝導体をスルーコネクトしなければならない。

本発明による方法およびこれに対応する装置にとっては、両ケーブルの端部が互いに平行に延在する状態で互いに機械的に固定されることも重要である。その結果、その軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素は簡単にそれぞれの伝導体に取り付けることができ、ケーブル端部の移動の際に損傷することはない。

両超伝導ケーブルがその端部でもって互いに逆方向に指向しているので、互いに同心に配置される２つの伝導体を備えたケーブルでは、一方のケーブルのそれぞれ内側の伝導体は他方のケーブルの外側の伝導体のそれぞれ横に位置している。それ故、接触要素によってそれぞれ内側の伝導体と外側の伝導体とを互いに導電結合させることができる。これにより個々の伝導体のインピーダンスが均一化され、これに対応してケーブル区間全体の伝送特性が改善される。これは、本方法に対応して結合される２つより多いケーブル部分を備えた伝送区間の場合に特に利点をもたらす。この利点は、互いに同心に配置される３つの伝導体を備えた超伝導ケーブルに対しても適用される。というのは、この場合それぞれ内側の伝導体がそれぞれ他方のケーブルの外側の伝導体と導電結合されるからである。その際、両ケーブルのそれぞれ中央の伝導体は常に互いに結合される。

本発明による方法は、基本的には、クライオスタットの外側で実施することができる。しかしながら、両ケーブルをこれを取り囲んでいるクライオスタット内に予め配置し、伝導体およびシールドを露出させた後に、クライオスタットとして実施されるハウジングに挿入するのが特に有利である。この場合には、接触要素を取り付ける前に、まず両ケーブルをハウジング内で互いに機械的に固定させることができる。

本発明による方法とこの方法で製造される装置とを、図面を用いて実施形態として説明する。

互いに同心に配置される２つの伝導体を備えた超伝導ケーブルの断面図である。 図１の２つのケーブルの互いに逆方向に指向された端部を、階層構成で示した図である。 互いに同心に配置される超伝導体を備えた２つのケーブルの、クライオスタット内に配置される結合部位を示す図である。

本発明による方法は、簡単に言えば、互いに同心に配置されている少なくとも２つの伝導体を持つ２つの超伝導ケーブルを導電結合させるために使用するものである。対応する１つのケーブルを図１および図２を用いて説明する。互いに同心に配置されている３つの伝導体を持つ２つの超伝導ケーブルを備える配置構成は、図３に図示されている。両ケーブルは、本発明による方法を用いて互いに導電結合されている。

図１および図２のケーブルは「フォーマー」とも呼ばれる担持体１を有し、該担持体のまわりに伝導体２が配置されている。伝導体２は誘電体３によって取り囲まれ、該誘電体のまわりには、伝導体２に対し同心に伝導体４が装着されている。伝導体４は該伝導体側で誘電体５によって取り囲まれ、該誘電体上に電気的に効果的なシールド６が載置されている。

２つの超伝導ケーブルを図１および図２に対応して導電結合するため、図２に図示したように、その伝導体２と４および場合によってはシールド６をも、これらを取り囲んでいる層から自由にさせる。その後、両ケーブルを互いに逆方向に平行に指向するように配置して、それらの伝導体が少なくとも略同一の高さに位置するようにする。この位置で両ケーブルを互いに相対的に固定する。次に、両ケーブルの伝導体２を、その軸線方向に対し横方向に延在している接触要素により、それぞれ他のケーブルの伝導体４と互いに導電結合させる。接触要素は図２で破線によって示唆されている。両ケーブルのシールド６は、別個に、対応する接触要素を用いて導電性を持つようにスルーコネクトされる。

次に、本発明による方法を図３を用いて詳細に説明する。

図３には、２つの超伝導ケーブル７と８の端部が図示され、両超伝導ケーブルは伝導体２と４以外に第３の伝導体９を有し、第３の伝導体９は両伝導体２と４に対し同心に誘電体５上に配置され、第３の伝導体９も図示していない誘電体によって取り囲まれ、該誘電体上にそれぞれシールド６がある。両ケーブル７と８の端部は互いに逆方向に向いている。これら端部は互いに平行に延在し、互いに相対的に機械的に固定されている。その伝導体２，４，９は少なくとも略同一の高さにある。

両ケーブル７と８の伝導体２は、図３に図示した位置で、両ケーブル７と８の軸線方向に対し横方向に延在している接触要素１０または１１によってそれぞれ他のケーブルの伝導体９と互いに導電結合されている。両ケーブル７と８の両伝導体４は、同様に両ケーブル７と８の軸線方向に対し横方向に延在している接触要素１２によって互いに導電結合されている。

両ケーブル７と８の両シールド６上には接触要素１３と１４が装着され、これら接触要素１３，１４は、接触要素１０，１１，１２とは独立に且つこれら接触要素１０，１１，１２から間隔をもって、結合要素１５によって互いに導電結合される。

このようにして機械的に固定され、互いに導電結合されたケーブル端は、電気エネルギー伝送経路を構成するために、図３に図示した、クライオスタットとして実施されたハウジング１６に挿入することができる。伝送経路の作動時、挿入される冷媒（たとえば液体窒素）がハウジング１６をも貫流する。冷媒は同時に両ケーブル７と８またはその伝導体２，４，９およびシールド６のための絶縁媒体であり、その結果、すでに述べたように、絶縁材の取り付けを省略することができる。

有利な実施形態では、ケーブル７と８をまずそれぞれクライオスタット内に配置し、クライオスタットからケーブルはそれぞれ、その伝導体とシールドとを前述の意味で露出させることができる程度に突出する。これに対応するクライオスタット１７と１８の端部が図３に示唆されている。ケーブルはクライオスタットとして実施されているハウジング１６と結合されている。両ケーブル７と８の端部をハウジング１６に挿入する際、ケーブルはハウジング内にある保持要素によって互いに機械的に固定させることができる。

結合要素１５を備えた電気接触要素１０，１１，１２，１３および１４は、ハウジング１６の内部で取り付けることができる。このため、対応的に構成されたハウジング１６は当初まだ開口している。最終的には閉鎖される。

２，４，９ 伝導体
６ シールド
７，８ 超伝導ケーブル
１０，１１，１２ 接触要素
１３，１４，１５ 別個の接触要素
１６ ハウジング
１７，１８ クライオスタット

Claims (3)

1. 互いに同心に配置され、それぞれ誘電体によって取り囲まれている少なくとも２つの超伝導体と、外側の誘電体上に挿着されている電気的に有効なシールドとをそれぞれ有している２つの超伝導ケーブルを導電結合させるための方法であって、前記両超伝導ケーブルの端部において結合される伝導体とシールドとを、まず、取り囲んでいる層から自由にし、その後に互いに導電結合させるようにした前記方法において、
   前記両超伝導ケーブルの前記端部を、それらの自由端が互いに逆方向に指向するように、且つそれらの前記超伝導体が互いに少なくとも略同一の高さにあるように、互いに平行に並設すること、
   前記両超伝導ケーブルの前記端部を互いに固定すること、
   前記両超伝導ケーブルのそれぞれ２つの前記超伝導体を、それらの軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合させること、
   前記両超伝導ケーブルの前記シールドを別個の接触要素を用いて導電性を持つようにスルーコネクトすること、
   このように処理した前記両超伝導ケーブルの端部を、電気エネルギー伝送経路を構築する際に共にクライオスタットのハウジング内に配置し、前記伝送経路の作動の際に前記ハウジングに電気絶縁特性を備えた流動可能な冷媒を貫流させること、
   を特徴とする方法。
2. それぞれのケーブル端部が付属のクライオスタットから突出して前記ハウジング内へ突設されるように、まず前記両超伝導ケーブルのそれぞれを前記ハウジングと結合されるクライオスタット内に装着すること、
   前記両ケーブル端部をまだ開口している前記ハウジング内で互いに機械的に結合させること、
   前記接触要素を、前記ハウジング内部で、前記両超伝導ケーブルの露出している前記超伝導体および前記シールド上に装着すること、
   前記両超伝導ケーブルの前記シールドの間に導電結合を形成させること、
   最後に前記ハウジングを閉鎖すること、
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項２に記載の方法を用いて形成された装置において、
   クライオスタットとして実施されたハウジング内に２つの超伝導ケーブルの端部が配置され、該超伝導ケーブルの超伝導体とシールドとが、前記端部において、取り囲んでいる層から自由にされていること、
   前記両超伝導ケーブルの前記超伝導体が、その軸線方向に対し横方向に延在している電気接触要素によって互いに導電結合されていること、
   前記両超伝導ケーブルの前記シールドが別個の接触要素を用いて導電性を持つようにスルーコネクトされていること、
   を特徴とする装置。

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