JP5537761B2 - 超伝導装置を室温にある装置と接続するための電気的引込み線 - Google Patents

Description

本発明は、電気的導体とその導体を包囲する電気絶縁層からなる、超伝導ケーブルを室温にある装置と接続するための電気的引込み線に関する。

たとえば、超伝導ケーブルまたは超伝導磁石のような、超伝導装置のための電流供給部は、７０Ｋ（ケルビン）を中心とする領域にある超伝導装置を周囲温度にある装置に接続することを可能にしなければならない。周囲温度にある装置は、通常、パワーサプライシステムである。

以下においては超伝導ケーブルと称する超伝導装置は、以下においてパワーサプライシステムと称する周囲温度にある装置よりも、約２００Ｋ（ケルビン）だけ低い温度にある。そこで、超伝導ケーブルとサプライシステムの間に、温度水準の異なる場所の間に接続が形成され、かつその場合に発生する、作動中の熱損失を最小限に抑える、電流供給部を設けることが必要である。その場合に超伝導ケーブル内の高い電圧による電気的負荷が考慮されなければならない。

電流供給部は、絶縁材料からなる層と、中央の導体とから構成される。通常、銅からなる導体は、超伝導ケーブルの電流を、周囲温度にある、パワーサプライと接続されている終端まで案内するために用いられる。導体は、適切な長さにわたって超伝導ケーブルの作動温度と周囲温度の間で温度変化をもたらし、かつその場合に、導体の長さにわたる熱伝導による損失が小さく抑えられ、かつ超伝導ケーブルを冷却する極低温液体の蒸発が回避されることを保証しなければならない。従って導体の横断面は、あまり大きく選択されてはならない。一方、高い電流は導体の加熱によるジュール効果による熱損失が発生するので、この理由から、導体の断面を増大させる試みがなされる。そこで、相反する要請がもたらされる。

他の解決すべき技術的問題は、電圧による絶縁破壊を防止するために、導体の高い電圧により発生される電場の分布を制御することにある。

従来技術（たとえば、特許文献１を参照）からは、引込み線を用いると導体ケーブルの終端が非常に低い温度からずっと高い温度（室温）になることが知られており、そこで超伝導ケーブルと周囲温度にある装置（サプライシステム）との間に真空で断熱する構成部品が設けられており、それが引込み線を包囲している。構成部品は、極低温部分をシールするフランジと室温にある部分をシールするフランジとの間に設けられている。

引込み線は、特殊鋼からなるパイプ形状の構成部品からなり、それが繊維強化された絶縁箔と電気的に絶縁する箔で巻かれており、それらがいわゆる容量的な電場制御部材として用いられる。引込み線は、円錐状または円筒状の形状とすることができ、その場合より小さい直径が超伝導ケーブルに隣接する端部に来る。
欧州特許ＥＰ１２８３５７６

本発明の課題は、冒頭で挙げた目的のために、熱伝導によって生じる熱損失とジュール損失を減少させる、引込み線を提供することである。

発明の第１の態様は、電気的導体（９）とその導体（９）を包囲する電気絶縁層（１０）からなる、超伝導ケーブル（２）を室温にある装置と接続するための電気的引込み線（１）であって、
前記導体（９）が、その端部において互いに電気的に接続されている、導電性の材料からなる複数のパイプ形状の部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）からなり、そのパイプ形状の部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）が同一の外径（Ｄ）で、かつ互いに異なる内径ｄを有していることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第２の態様は、前記部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）が、その端部において半田付けまたは溶接によって互いに結合されていることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第３の態様は、前記電気絶縁層（１０）が、熱可塑性または架橋化されたポリマーからなることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第４態様は、前記電気絶縁部（１０）が、エポキシ樹脂からなることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第５の態様は、前記導体（９）が、前記超伝導ケーブル（２）の導体とパワーサプライシステムとの間の接続として用いられることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第６の態様は、前記超伝導ケーブル（２）の導体が、最大の内径を有する部分（９ｃ）に、最小の内径を有する部分（９ａ）がサプライシステムにそれぞれ接続されていることを特徴とする電気的引込み線である。

発明の第７の態様は、前記電気絶縁層（１０）上に電気的に導通する電場制御層（１１）が配置されていることを特徴とする電気的引込み線である。

本発明の本質的な利点は、円筒表面上にフルモールド鋳造によって誘電層を等しい厚さで形成できることにある。それによって超伝導ケーブルの作動開始時の温度変化における熱的機械応力が回避される。導体の変化する断面によって、熱損失とジュール熱による損失に関する最適化が得られる。

図１と２に図式的に示す実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１には、超伝導ケーブル２を通常伝導する、図示されていないケーブルと接続するための電気的引込み線の実施例が示されている。超伝導ケーブル２への接続部は、ハウジング３内にあって、その中は７０Ｋ（ケルビン）の領域の温度が支配している。ハウジング３に隣接して、他のハウジング４が設けられており、これはフランジ結合５を介してハウジング３と結合されている。分離壁６が、ハウジング３と４の内部空間を互いに分離している。ハウジング４の内部空間は、好ましくは固体の絶縁材料、たとえば発砲ポリウレタンまたは発泡したガラス材料で充填されている。

ハウジング４の上方に、さらに他のハウジング７が配置されており、その中は周囲温度が支配している。ハウジング４は、ハウジング７に対して密な分離壁８によって遮蔽されている。

ハウジング４内を支配する温度は、ハウジング３内の極低温の温度とハウジング７内の周囲温度との中間にある。ハウジング３と４の隔壁は、良好な熱絶縁のためのクリオスタット（低温保持装置）を形成する。

引込み線１は、中央の導体９を有しており、その導体は絶縁層１０で囲まれている。さらに、絶縁層１０の外側に電場制御層１１が設けられており、それが絶縁層１０の少なくとも一部にわたって延びている。引込み線１の上方の端部に、引込み線１とそれに伴って超伝導ケーブル２を電気的なサプライシステムないし適切な装置に接続するための接続端１２が設けられている。

電場制御層１１は、絶縁層１０の外表面に付着した、亜鉛または他の伝導性の材料からなる層から構成されている。電場制御層１１は、好ましくは、ラッカー層で塗布されている。絶縁層１０は、ポリエチレンないしポリプロピレンベースの熱可塑性材料または架橋化された材料からなる。しかしまた、絶縁層１０をエポキシ樹脂から形成することもできる。電場制御層１１は、高電圧技術で知られた電場制御円錐１３と接続されている。

図２には、導体９ないしその部分の断面が示されている。導体９は、パイプ状の構成部品として形成されている。導体は、複数のパイプ状の部分９ａ、９ｂおよび９ｃからなり、それらの端面が溶接または半田付けによって互いに結合されている。部分９ａ、９ｂおよび９ｃは、同一の外径Ｄを有しているが、その内径ｄは異なっており、９ａから９ｂを介して９ｃへ向かって増加している。部分９ａは、パワーサプライシステムないし通常伝導するケーブルに接続され、部分９ｃが超伝導ケーブル２の導体に接続される。

引込み線１において、導体９の温度は作動の間に、超伝導ケーブル２の導体と接続部９ｃの接続部における極低温温度（約７０Ｋ（ケルビン））から、パワーサプライシステムと接続部９ａの接続箇所１２における周囲温度まで変化する。導体９の電気抵抗は減少し、一方で、その温度は低下する。従って、本発明の電気的引込み線は、低い温度の領域で導体９の断面を減少させ、それによって導体９の長さにわたって極低温の領域と周囲温度との間で熱の流れを制限し、導体９のジュール発熱による熱損失を低水準に抑える効果がある。

超伝導ケーブルと通常伝導するケーブルとを接続するための電気的引込み線の実施例を示す図である。 導体とその部分の断面を示す図である。

Claims (6)

1. 電気的導体（９）とその導体（９）を包囲する電気絶縁層（１０）からなる、超伝導ケーブル（２）を室温にある装置と接続するための電気的引込み線（１）であって、
   前記導体（９）が、その端部において互いに電気的に接続されている、導電性の材料からなる複数のパイプ形状の部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）からなり、
   前記複数のパイプ形状の部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）が同一の外径（Ｄ）で、かつ互いに異なる内径ｄを有し、かつ、前記パイプ形状の各部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）の内径はそれぞれ一定であり、
   前記導体（９）が、前記超伝導ケーブル（２）の導体とパワーサプライシステムとの間の接続部として用いられ、
   前記超伝導ケーブル（２）の導体が、最大の内径を有する部分（９ｃ）に接続され、最小の内径を有する部分（９ａ）がサプライシステムに接続されている、
   ことを特徴とする電気的引込み線。
2. 前記部分（９ａ、９ｂ、９ｃ）が、その端部において半田付けまたは溶接によって互いに結合されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的引込み線。
3. 前記電気絶縁層（１０）が、熱可塑性または架橋化されたポリマーからなることを特徴とする請求項１または２に記載の電気的引込み線。
4. 前記電気絶縁層（１０）が、エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の電気的引込み線。
5. 前記電気絶縁層（１０）上に電気的に導通する電場制御層（１１）が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気的引込み線。
6. 伝導熱損失を低減するために、前記超伝導ケーブル（２）の前記導体が、最小の断面積を有する、前記導体（９）の前記部分（９ｃ）に接続され、
   ジュール熱損失を低減するために、最大の断面積を有する、前記導体（９）の前記部分（９ａ）が、前記サプライシステムに接続されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気的引込み線。