JPS6166380A - 強制冷却超電導導体の接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は該融合炉等の超電導マグネットの超電導コイ
ルに使用される超電導導体の接続４ｆ４迄に関するもの
である。

［従来技術とその問題点」 最近に至り、断面中央に冷却媒体通路を形成したいわゆ
る中空超電導導体を用い、冷却媒体通路に超臨界圧ヘリ
ウム等の冷部媒体を強制循環させて超電導線をその内側
から強制冷却するようにした超電導コイルが種々提案さ
れｋいる。このような超電導コイルに使用される中空超
電導導体としては、例えば第９図に示す第１の従来例の
ように、中央に冷却媒体通路１を形成した断面矩形状の
銅製等の安定化母材２の壁面内に超電導素線３Ａが埋め
込まれた型式のもの、さらには、第１０図に示す第２の
従来例のように断面矩形状の安定化母材２の外面に凹溝
４が形成されるとともに各凹溝４に成形超電導素線３Ｃ
が嵌合固定され何形式のもの等がある。

上記第９図と第１０図に示すような超電導導体の接続構
造の一例として、第１１図に示す第３の従来例のように
、対向させた一対の超電Ｓ４体５゜６の端部どうしがパ
イプ７を介して突き合わされ、各端部とパイプ７が半田
付けされるとともに、超電導導体５の端部からパイプ７
を介して超電導導体６の端部にかけてＮｂ　ＴＬ、　Ｎ
ｂ　３３ｎ製等の超電導線８が巻き掛【ノられて成るも
のが知られている。

ところが、第１１図に示す接続構造にあっては、パイプ
７による冷媒の流路の確保や超電導線８による電気的接
続がなされてはいるものの、超電導線８と冷媒の流路が
離れて間接冷却なっているので、冷却効率が低く、その
ため何らかの原因で超電導線８の一部にと一トスポット
が生じて超電導特性が失われた場合に、その回復が遅れ
る問題がある。また、第１１図に示す第３の従来の接続
構造では、超電導線を冷媒の流路内に設けた直接冷１６
１式の超電導導体においては、超電導線の電気的な接続
が回動になる欠点がある。

一方、超電導素線を捻り合わせて構成した超電導線の一
般的な接続構造として第１２図ないし第１５図にポリ−
各種の構造が知られている。第１２図に示す第４の従来
の構造は、超電導線１０．１１の各々の端部が２層に分
けられ、−ｍどうしが違いちがいに重ねて突き合わされ
、半田付けされた構造である。第１３図に示す第５の従
来の構造は、超電導線１２．１３の各端面が突き合わさ
れ、突き合わせ部分が半田付けされた構造である。第１
４図に示す第６の従来の構造は、撚線化された超電導線
１４．１５を構成する超電導素線１４ａ。

１５ａが１本ずつ相互の端面どうし半田付けされた構造
である。第１５図に示す第７の従来の構造は、超電導線
’１６．１７の端部どうしが突き合わされるとともに、
超電導素線を撚って成形したテープ状の超電導片１８．
１９が超電導線１６，１７の端部下面と端部下面にまた
がった状態で半田付けされた構造である。

ところが、上記した各構造にあっては、以下に述べるよ
うな欠点を有していた。第１２図に示す構造にあっては
、ＨＡ電導線１０．１１の重なる部分の長さが大きくと
れないために、電気的接続に問題を生じ、第１３図に示
す構造にあっては、超電導線１２．１３の端面どうしの
接続のために、電気的、機械的（法統強度の面）、いず
れの面においても接続不充分であり、第１４図に示す構
造にあっては、超電導素線１４ａ、１５ａの各々１本ず
つの接続のために接続強度が弱く、超電導コイルの発生
させる電磁力によって超電導線１４゜１５が動いた際に
接続部が損１期を受ける虞れがあり、第１５図に示す構
造にあっては、接続部が他の部分より大きくなってしま
う問題があった。

「発明の目的」 この発明は、上述した事情に鑑みでなされたもので、冷
媒による冷却効、果が高く、電気的にも充分な接続で、
かつ、機械強度が高いとともに、接続部の遮蔽も充分な
強制冷却超電導導体の接続構造の提供を目的とする。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、外被の端部から露出した超電導線を一層以
上ごとに重ね合わせてろう付【ノし、このろう付けされ
た超電導線の外面にスペーサ部材を固定し、外被の端部
間の超電導線とスペーサ部材とをジヨイントカバーで気
密に覆い、ジヨイントカバーの端部の各々を上記外被の
端部に接合して外被の端部どうしを連結してなるもので
ある。

「作用」 超電導線どうしは重なり合って長い部分でろう接して電
気的に充分に接続するとともに接合強度を向上させ、ス
ペーサ部材は外被内の流路を流れる冷媒を円滑に流し、
カバ一部材は超電導線とスペーサ部材と外被の端部とを
覆ってこれらと外被外方との遮断をなすとともに外被ど
うしを強固に接合する。

「実施例」 第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示すもので
、図中２０．２１はこの実施例の接合構造によって接続
された超電導導体を示している。

上記超電導導体２０（あるいは２１）は、第３図に示ず
ように、超電導素線２０ａ　　（あるいは２１ａ）・・
・をテープ状に捻って多層化して成形された超電導線２
０Ａ（あるいは２１Ａ）と、この超電導線２０△（ある
いは２１Ａ）を収納した横断面略矩形状の安定化母材２
０Ｂ（あるいは２１Ｂ）と、この安定化母材２０Ｂ（あ
るいは２１Ｂ）を収納した横断面略矩形状の外被２０Ｃ
（あるいは２１Ｃ）とを主体として構成されたものであ
る。

なお、安定化母材２ＯＢ　（あるいは２１Ｂ）の外面に
は安定化母材２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）の長さ方向に沿
って突条部２０ｂ　　（あるいは２１ｂ）が形成されて
いて、これら突条部２０ｂ（あるいは２１ｂ）を外被２
０Ｃ（あるいは２１Ｇ）の内面に当接させて安定化母材
２０Ｂ（あるいは２１Ｂ）が外被２０ｃ　　（あるいは
２１Ｃ）内に収納され、安定化母材２ＯＢ　（あるいは
２１Ｂ）と外被２０Ｃ（あるいは２１Ｃ）との間には冷
却媒体の流路Ｓ＋　　（あるいはＳ２）が形成されてい
る。

上記超電導導体２０．２１の外被２０ｃ　、２０Ｃの端
部２０ｄ、２０ｄからは、各々超電導線２０Ａ、２１Ａ
が所定長さ露出され、露出された超電導線２ＯＡ、２１
Ａの半分程度が各々の厚さ方向に沿う上下２層に分割さ
れて第４図に示すように交互に重ねられ、重ねられた部
分全部か半田付けされている。また、上記のように重ね
られた超電導線２０Ａ、２１Ａの上下両面には、横断面
楕円状或いは矩形状のスペーサパイプ（スペーサ部材）
２２が、その端部の開口面を上記外被２０Ｇ（あるいは
２１Ｃ）の流路Ｓ＋　　（あるいはＳ２　）の開口部に
臨ませて、半田あるいは銀ロウ等によりろう付けされて
いる。（或いはステンレスｖＡ線などによるバインドに
よって固定されることもある。）なお、スペーサパイプ
２２を構成する材料は、銅、銅合金、ステンレス鋼、ア
ルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料或いはＦＲ
Ｐ等の非金属材料が用いられる。そして、上記外被２０
ｃ、２１０の端部２０ｄ、２１ｄとこれら端部２０ｄ、
２１ｄの間の超電導線２ＯＡ、２０Ａと、スペーサパイ
プ２２．２２とが、上記端部２０ｄ。

２１ｄを両端部に嵌入した角型筒状の銅製あるいはステ
ンレス銅製のジヨイントカバー２３によって覆われると
ともに、このジヨイントカバー２３の端部を上記外被２
０Ｃ（あるいは２１Ｃ）に、銀ロウあるいは半田等を用
いたろう付けによって、あるいは溶接によって、気密に
接合して上記外被２０の端部２０ｄと外被２１の端８１
１２１ｄとが連結されている。

上記の接続構造は、超電導導線２０．２１によって各々
形成された超電導コイルどうしの接続等に適用される。

そして、超電導導体２０．２１の流路Ｓ＋　、３２には
超臨界圧ヘリウム等の冷媒を流して超電導導体２０．２
１を極低温に冷却するとともに、超電導コイルを真空容
器に収納して使用りる。

−１−、述したＪ、うな接続構造にあっては、超電導線
２ＯＡ、２１Ａを重ねてろう付けしてあり、第１２図〜
第１４図に示す従来の構造に比較して、ろう付すされた
部分が良いため、超電導線２ＯＡ。

２１△の電気的接続が充分であり、接続強度も高い。そ
して、超電導線２ＯＡ、２１Ａは撚線になっているため
、重ね合わけた場合に、重ね合わせ部分の厚みの増加を
第１５図に示す従来の構造よりも少なくできる。また、
ろう付けされた超電導線２ＯＡ、２１Ａの両側のスペー
サパイプ２２は流路Ｓ＋　、８２に通じ、ろう付けされ
た超電導線２ＯＡ、２１Ａはジヨイントカバー２３で覆
われているため、流路Ｓ＋　、８２に冷媒を流した場合
、冷媒はスペーサパイプ２２の内部と周囲とを流れるの
で、冷媒によって超電導線２ＯＡ、２１Ａの接続部を直
接冷却でき、冷却効果が高い。なお、スペーサパイプ２
２は冷媒の通路となってジヨイントカバー２３内での冷
媒の流れを円滑にするとともに、外被２０Ｃの端部２０
ｄと外被２１Ｃの端部２１ｄとの間の超電導線２ＯＡ、
２１Ａの保護用ともなる。すなわら、超電導線２〇八、
２１Ａに電流を流して強大な電磁力を発生させた場合、
超電導線２ＯＡ、２１Ａに電磁力が作用するが、スペー
サパイプ２２がジヨイントカバー２３に接して超電導線
２ＯＡ、２１Ａの接続部の動きを抑え、その損傷を防止
する。そらに、ジヨイントカバー２３は外被２０ｃの端
部２０ｄと外被２１ｃの端部２１ｄとに固定されている
ため、外被２０ｃ、２１ｃにこれらを離す方向に力が作
用しても、ジヨイントカバー２３がこの力を支え、内８
１Ｓの超電導線２０Ａ、２１Ａのろう付は部分に負荷を
が番プないようになっている。なＪ５また、ジヨイント
カバー２３は、外被２０ｃ、２１ｃに接合されていて、
ジヨイントカバー２３の内外を気密に遮断しているので
、超電導導体２０．２１を真空容器に入れて使用した場
合に、ジヨイントカバ−２３外部の真空雰囲気とジヨイ
ントカバ−２３内部の冷媒とを完全に分けることができ
る。

ところＣ１上記構造を強制冷ｕ１超電導マグネット〔１
０Ｔ（テスラ）−１０ＫＡ〕の４つのダブルパンケーキ
コイルの間の接続に適用して、実際に上記マグネットを
作動させてみた。外部磁場６王を得てコイルに１０ＫＡ
で通電した場合、中心磁場１０　Ｔを生じた。この結果
は、短線試料結果から描かれる負荷曲線に十分対応し、
接続部分で劣化も認められなかった。即ち、接続部分で
の異常はなく、電磁力による超電導線の動きも発生せず
、接続部分の冷ｕ１が充分なされていたことを証明りる
ものである。

第５図は、外被２０ｃ、２１ｃから出された超電導線２
ＯＡ’　、２１Ａ’の重ね合わせ構成の他の例、を示す
もので、２層に分割した超電導線２０Ａ′の間に超電導
線２１Ａ′の先端部を挾み込んで重ね合わせたものであ
る。

なお、超電導線２ＯＡ、２ＯＡ’　、２１Ａ、２１Ａ’
　は各々３層以上に分割して重ね合わせてもよい。

第６図は、スペーサパイプの第２の例を示すもので、こ
の例のスペーサパイプ２２′の天井壁と底壁には、スペ
ーサパイプ２２′の中空部に通じる連絡孔２２ａが複数
形成され、これら連絡孔２２ａを介して冷媒が流出入で
きるようになっており、直接冷媒が接続部の超電導線を
冷却できる。

第７図は、スペーサパイプの第３の例を示すもので、こ
の例のスペーサパイプ２２″の側部にはスペーサパイプ
２２″の中空部に通じるスリット２２ｂが複数形成され
、これらスリット２２ｂを介して冷媒が流出入できるよ
うになっている。

第８図は、ジヨイントカバーの他の例を示すもので、こ
の例のジヨイントカバー２３′は横断面口字状の第１カ
バ一部材２３ａと第２カバ一部材２３ｂとから構成され
、２つのカバ一部材２３ａ。

２３ｂを助合して筒状とし、先の実施例のジヨイントカ
バー２３と同様に使用するものである。カバ一部材２３
ａ、２３ｂは、銀ロウや半田等を用いたロウ付け、ある
いは、溶接によって一体化する。なお、この例のジヨイ
ントカバー２３′は、一方のカバ一部材２３ａ　（ある
いは２３ｂ）を外被２０ｃ、２１ｃの端部２０ｄ　、　
２１ｄ　ｋｌ：１１合した後に使方のカバ一部材２３ｂ
　（あるいは２３ａ）をｌｔＸ合し、一体化して使用で
きるので、先の実施例のカバ一部材２３の取り付けが困
難な場合でも簡里に取り付けうろことがある。なお、こ
のような嵌合型ではなく、筒状のジヨイントカバーを用
いることも可能である。この場合には、接続時にあらか
じめ一方の導体側にジヨイントカバーを挿入しておぎ、
中心の超電導素線を半田固定した後、接続部を覆うよう
に移動し、ジヨイントカバーの両端を導体に半田固定す
ればよい。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明は、一対の外被の端部から
一層で、或いは、２層以上に分割して露出した超電導線
を一層以上の層ごとに重ね合わせてろう付けし、このろ
う付けされた超電導線の外面にスペーサ部材を固定し、
外被の端部間の超電導線とスペーサ部材とをジヨイント
カバーで覆い、ジヨイントカバーの端部の各々を上記外
被の端部に接合して外被の端部どうしを連結したもので
あり、超電導線のろう付は部の周囲に冷媒が流れ、上記
ろう付は部が冷媒の流路内にあるため、直接冷却となっ
て冷却効果が高い。また、超電導線を一層以上の層ごと
に重ね合わせてろう付けしていて、従来構造に比較して
ろう付は部分を長くしであるため、超電導線どうしの電
気的接続が充分になるとともに接続強度も高い。さらに
、スペーサ部材は、ジヨイントカバー内での超電導線の
移動をジヨイントカバーに当接して抑えるため、電磁力
が作用して動こうとする超電導線を押さえ、ろう付は部
分を保護する。そして、ジョイントカバ−はその両端で
外被に接合していて、ジヨイントカバーの内外を遮断す
るため、超電導導体を真空容器に入れて使用した場合に
、ジヨイントカバー外方の真空雰囲気とジヨイントカバ
ー内の冷媒とを分けて相互の影響を無くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示すもので
、第１図は要部の断面図、第２図は斜視図、第３図は超
電導導体の斜視図、第４図は超電導線の重ね合わせ状態
を示す略図、第５図は超電導線の重ね合わせ状態の例を
示す略図、第６図はスペーサパイプの第２の例を示す斜
視図、第７図はスペーサパイプの第３の例を示す斜視図
、第８図はジヨイントカバーの他の例を示す斜視図、第
９図は第１の従来例を示す横断面図、第１０図は第２の
従来例を示す横断面図、第１１図は第３の従来例を示す
斜視図、第１２図は第４の従来例を示す斜視図、第１３
図は第５の従来例を示す斜視図、第１４図は第６の従来
例を示す斜視図、第１５図は第７の従来例を示す斜視図
である。 ２０．２１・・・・・・超電導導体、２ＯＡ、２１Ａ・
・・・・・超電導線、２０ｃ、２１ｃ・・・・・・外被
、Ｓｔ　、　８２・・・・・・流路、２０ｄ、２１ｄ・
・・・・・端部、２２．２２’２２”・・・・・・スペ
ーサパイプ（スペーサ部材）、２３．２３’　・・・・
・・ジヨイントカバー、２ＯＡ’　。 ２１Ａ′・・・・・・超電導線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に冷媒の流路が形成された外被と、上記流路に挿入
   された超電導線とを有する強制冷却超電導導体どうしの
   接続構造であつて、対向する一対の外被の各々の端部か
   ら一層で、或いは、二層以上に分割して露出された超電
   導線が、所定長さにわたつて、一層以上の層ごとに重ね
   合わされてろう付けされ、このろう付けされた超電導線
   の外面には、スペーサ部材が、固定されるとともに、上
   記一対の外被の端部とこれら端部間の超電導線とスペー
   サ部材とがジョイントカバーで気密に覆われ、ジョイン
   トカバーの端部を各々外被の端部に接合して上記一対の
   外被が連結されてなることを特徴とする強制冷却超電導
   導体の接続構造。