JP6216173B2 - 少なくとも１つの超伝導ケーブルを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの超伝導ケーブルと、該超伝導ケーブルを取り囲んでいるクライオスタットとを備え、該クライオスタットが少なくとも１つの熱絶縁管を有し、該熱絶縁管が前記超伝導ケーブルと冷媒を誘導する中空空間とを取り囲み、前記クライオスタットが、該クライオスタット内にある前記超伝導ケーブルと同様に、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分に接続するために構成されている装置に関するものである。

このような装置は、たとえば特許文献１に由来している。

伝送経路の位置固定部分は、クライオスタットとケーブルとから成る２つの長尺物を互いに結合させるエンドターミナルまたは結合スリーブである。

超伝導性ケーブルは、十分な低温で超伝導状態へ移行する材料から成る導電体を有している。対応的に構成された導体の直流電気抵抗は、十分に冷却されている場合、特定の電流強さ、すなわち臨界電流強さを越えない限りゼロである。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（ＲｅＢＣＯ）、特にＹＢＣＯ（イットリウムバリウム銅酸化物）またはＢＳＣＣＯ（ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物）である。この種の材料を超伝導状態へもたらすために十分な低温は、たとえば６７Ｋと１１０Ｋの間である。しかしながら、たとえば二ホウ化マグネシウムのように、超伝導状態へ移行すべき場合はさらに低温へ冷却しなければならない超伝導材料もある。このような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装置の作動時には、超伝導ケーブルはクライオスタットの内部でかなり冷却され、これによって熱収縮のためにより低温になる。伝送経路の機能性を保証するには、ケーブルの短縮を補償できるような処置を講じなければならない。

非特許文献１は、超伝導ケーブルの冷却に関する試験軌道を説明している。ケーブルはクライオスタット内に配置され、クライオスタットは長さが１６ｍの湾曲した延在態様でクライオスタットＡおよびＢと呼ばれる２つのターミナルポイントの間に配置されている。これらターミナルポイントのそれぞれにおいて、この領域で変化せずに直線状に延在しているクライオスタットに１つのベローズが組み込まれている。

超伝導ケーブルの冷却の際に熱によって生じる超伝導ケーブルの短縮を補正する方法は、特許文献２に由来している。対応する装置の構成として、引張り強さに優れた中央の部材が設けられている。この文献には、さらに、薄い金属から成る波形状ジャケットを設けることが述べられている。

特許文献３には、互いに半径方向に分離された４つの管から成る超伝導性導電体用スリーブが記載されている。これらの管は、機械的安定性が高い直線部分と、それ自体硬いスリーブを撓み可能にする横方向の波形状部分とを交互に有している。

特許文献４によれば、管として実施される超伝導ケーブルの直線状に延びる部分がベローズによって互いに結合される。これによって地震の作用を食い止めるとともに、地面の起伏を補償しようとするものである。

特許文献５の場合は、超伝導ケーブルは、室温で波の形状または渦巻きの形状で延在するようにクライオスタット内に装着されている。これによってケーブルの長さがクライオスタットに比べて長くなるが、過剰な長さはケーブルと点状に結合されている十字状のネットワークによって安定化されている。

クライオスタット内に敷設される超伝導ケーブルを備えた装置は、冒頭で述べた特許文献１に由来している。超伝導ケーブルはエンドターミナルと結合されている。エンドターミナルの導電体は、半径方向に弾性のある層板を有して導電材料から成っている管状部材を備え、この管状部材のなかに超伝導ケーブルの導体が取り付け状態で突出する。熱によって長さに変化が生じた場合には、超伝導ケーブルの導体がその長手方向において管状部材内を滑動することができる。

欧州特許第１６１７５３７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２８５９６８号明細書 欧州特許出願公開第０８０７９３８号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２１１５７９号明細書 欧州特許第１７２０１７６号明細書

Journal of Physics, 第２３４巻、Ｎｏ．３，２０１０年７月２２日、第１頁ないし第６頁

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の装置の構成を簡潔にすることである。

この課題は、本発明によれば、
クライオスタットの、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分に接続するために構成されている端部のそれぞれにおいて、互いに間隔をもって２つのベローズが前記クライオスタットに組み込まれていること、
前記クライオスタットの両端部のそれぞれの両ベローズの間に、前記クライオスタットに属し、熱絶縁され、湾曲して延在する管片が装着されていること、
によって解決される。

この装置では、超伝導ケーブルは、いかなる特別な処置を講ずることなく、たとえば２つのエンドターミナルの間に敷設し、通常の技術でこれらエンドターミナルに導電接続させることができる。このとき同様にエンドターミナルと固定結合されるクライオスタットは、冷却によって生じるケーブルの短縮に簡単に追従できるように、エンドターミナルに接続されるその端部においてそれぞれ２つのベローズによって弾性変形可能である。ケーブルを案内する湾曲した管片によって結合されるベローズは、短くなるケーブルによって圧縮するにすぎず、これによって自身も短くなる。この場合、両ベローズは湾曲した管片により均一に機械的荷重を受け、且つ均一に圧縮される。クライオスタットの残りの長さは、クライオスタットの短縮の影響を受けない。

管片は可撓性があるように実施されていてよいが、平滑に、よって堅牢に実施されていてもよい。

本発明による装置の図である。 線ＩＩ−ＩＩによる図１の拡大断面図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１の装置の詳細図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３とは異なる装置適用例を示す図である。

本発明のいくつかの実施例が図面に示されている。

図１には、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分として２つのエンドターミナル１と２が図示されている。この種のエンドターミナルは公知であるので、その構成に関して詳細に立ち入らない。両エンドターミナル１と２には、クライオスタットＫＲと、該クライオスタット内にある超伝導ケーブルＳＫ（図２）とが固定接続されている。

クライオスタットＫＲは、ケーブルＳＫを受容し且つ冷媒を誘導するために、金属またはプラスチックから成る少なくとも１つの熱絶縁管を有している必要がある。クライオスタットは、図２の実施形態では、互いに同軸に且つ間隔をもって配置され、金属から成る、好ましくは特殊鋼から成る２つの管３と４から成り、これらの管の間に間隔保持部と熱絶縁部５、好ましくは真空絶縁部とが配置されている。管３と４はその長手方向に対し横方向に波形状であってよく、よって撓みやすくなっていてよい。クライオスタットＫＲはケーブルＳＫ以外に中空空間ＨＲを取り囲み、該中空空間を通じて冷媒を誘導することができる。超伝導ケーブルＳＫの構成は任意である。２つまたはそれ以上の超伝導ケーブルをクライオスタットＫＲ内に収納してもよい。

図３には、エンドターミナル１と結合させた本発明による装置が図示されている。これに対応する構成はエンドターミナル２に対しても同様に適用される。クライオスタットＫＲは、これによって取り囲まれているケーブルＳＫと同様にエンドターミナル１と固定結合されている。他端の自由端で、クライオスタットＫＲとこれによって取り囲まれているケーブルＳＫとは、電気エネルギー伝送経路の他の位置固定部分に固定接続されている。クライオスタットＫＲは、その端部に、互いに間隔をもってクライオスタットＫＲ内に装着されている２つのベローズ６と７を有している。これらのベローズは、クライオスタットＫＲに属している湾曲した管片８によって互いに結合されている。ベローズ６と７は、図３に図示したように、好ましくは管片８に関し左右対称に位置するべきである。クライオスタットＫＲが図２に対応して２つの同軸の管から成っている場合、両管のそれぞれに１つのベローズが装着されている。

管片８はクライオスタットＫＲと同じように構成されているのが有利である。すなわち管片は、熱絶縁されたただ１つの管の一部分から成っていてよく、或いは、互いに同心に間隔をもって配置される２つの管から成ってこれらの管の間に熱絶縁部が装着されているような二重管の一部分から成っていてよい。管片の管は平滑で堅牢であってよく、しかし波形状で可撓性があるように実施してもよい。管片８は１８０°曲げられているのが有利であり、しかし少なくとも約１８０°曲げられているのが有利であり、その結果図３の有利な実施形態に図示したように、管片８と結合されているベローズ６と７の左右対称の配置が得られる。

図３の（ａ）には、本発明の装置が室温で図示されている。このときベローズ６と７は好ましくはその全長を有する。装置を作動させると、冷媒がクライオスタットＫＲを通じて誘導され、冷媒によってケーブルＳＫが冷却され、これによって短くなる。その際ケーブルが管片８の壁に当接して管片を矢印Ｐの方向に引張る。これによってベローズ６と７が圧縮され、図３の左右対称の有利な実施形態の場合には、均一に圧縮される。対応的に短くなったベローズ６と７の終端位置は図３の（ｂ）から明らかである。

図４には、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分として結合スリーブ９が図示され、該結合スリーブの両側にクライオスタットＫＲとこれによって取り囲まれているケーブルＳＫとが固定接続されている。図示した実施形態では、結合スリーブ９の両側でベローズがクライオスタットＫＲに組み込まれている。管片１０によってベローズ１１と１２が互いに結合されているとともに、管片１３によってベローズ１４と１５が互いに結合されている。クライオスタットＫＲの開口させた端部はここでも伝送経路の他の位置固定部分、たとえばエンドターミナルと固定結合されている。

図４の（ａ）には、図３の（ａ）に対応して装置が室温で図示されている。ケーブルＳＫの冷却の際には、図３に図示したものと同じ過程が経過する。管片１０が矢印Ｐ１の方向へ引っ張られ、それによってベローズ１１と１２が短縮され、他方管片１３は矢印Ｐ２の方向へ引っ張られ、それによってベローズ１４と１５が短縮される。短縮したベローズ１１と１２および１４と１５の終端位置は図４の（ｂ）から明らかである。

図３と図４では、異なるベローズが１つの面内で互いに横に並べて図示されている。場合によってはベローズを上下に配置してもよい。ケーブルＳＫの冷却を中止または中断すると、ケーブルは再び膨張する。このとき、異なるベローズは自力で再び長くなる。

１ エンドターミナル
６，７ ベローズ
８ 管片
ＫＲ クライオスタット

Claims (4)

1. 少なくとも１つの超伝導ケーブルと、該超伝導ケーブルを取り囲んでいるクライオスタットとを備え、該クライオスタットが少なくとも１つの熱絶縁管を有し、該熱絶縁管が前記超伝導ケーブルと冷媒を誘導する中空空間とを取り囲み、前記クライオスタットが、該クライオスタット内にある前記超伝導ケーブルと同様に、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分に接続するために構成されている装置において、
   前記クライオスタットの、電気エネルギー伝送経路の位置固定部分に接続するために構成されている端部のそれぞれにおいて、互いに間隔をもって２つのベローズが前記クライオスタットに組み込まれていること、と
   前記クライオスタットの両端部のそれぞれの両ベローズの間に、前記クライオスタットに属し、熱絶縁され、湾曲して延在する管片が装着されていること、とを特徴とする装置。
2. 前記管片が前記両ベローズの間で１８０°湾曲されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記管片が少なくとも１つの平滑な管の一部分として実施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記管片が少なくとも１つの可撓管の一部分として実施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。

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