交流損失測定装置及び測定方法
【課題】測定精度の向上、測定可能時間を増加できるとともに、サンプルの形状や寸法、サンプル材質に関して制約のない損失測定装置及び方法を提案する。
【解決手段】内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【解決手段】内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超電導体の交流損失を測定する装置及びそれを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体に交流電気を通電したり、交流磁界を印加すると、交流損失が発生する。交流損失を測定する方法には、電気的な計測による方法として４端子法やスパイラルループ法、ポインティングベクトル法（住吉ほか、低温工学２０００年３５巻１２号５７５ページ）がある。磁気的な計測による方法としては、磁化法（特開平９−２９７１６８号公報）がある。熱的な計測による方法としては、カロリーメトリック法がある。
【０００３】
上記計測方法のうちカロリーメトリック法は、サンプルで発生した損失を熱エネルギーに変換して、その熱量を計測することが基本原理であり、サンプルの形状、性質、及び大きさなどに起因する測定時の制約が他の２方法に比べて少ない点が優れていると言われている。カロリーメトリック法の例として、蒸発式カロリーメトリック法について特開昭６１−２０７９５７号公報、特開平９−１０１２７７号公報の記載を図２を参照しながら説明する。
【０００４】
測定用サンプル１０１は液体ヘリウムや液体窒素のような冷媒１０３が貯められている容器１１１の下部に配置されている。この状態で、サンプル１０１に外部電源１０５から交流電気を通電する、あるいは外部磁石１０７から交流磁界を印加すると、交流損失が発生する。サンプル１０１に発生した交流損失は、熱エネルギーとして周囲へ放散する。すなわち、サンプル１０１に発生した損失エネルギーは、熱エネルギーとしてサンプル１０１の表面を通して容器中の冷媒１０３を加熱し、加熱されて気化した冷媒１０３はガス１０９として容器１１１の内側の冷媒中を上昇する。
【０００５】
容器１１１を上昇して、管１１５、ビニールチューブ１１７を通過したガス１０９は体積流量計１１９によりガス流量が計測される。すなわち、単位時間当たりの発生ガス量を流量計や目盛り付きシリンダーを用いて計測することにより交流損失を求めることができる。
【特許文献１】特開昭６１−２０７９５７号公報
【特許文献２】特開平９−１０１２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の蒸発式カロリーメトリック装置は、サンプル１０１で発生したガス量を計量することで、サンプル１０１で発生した熱を求める測定装置である。ところで、測定精度を向上させたいとか、測定可能時間を増加させたいといったとき、図２に示すようにサンプル容器がクライオスタット１１３内部に配置されると効果的である。この場合には、サンプル容器の外径が５０ｍｍ程度で、クライオスタット内部の冷媒の深さが２０ｃｍである。しかし、サンプルの大きさを実機の大きさ程度にしたとき、冷媒の深さも１ｍ程度となり、容器をクライオスタット内部に配置させている場合には、下記のような問題があった。
【０００７】
すなわち、サンプルから発生した熱は容器の壁面に伝達されて容器の外側に到り、加熱された容器の外側で冷媒がガス化して泡を形成する現象が発生した。また、容器１１１に取付けられた管１１５を泡状のガス１０９が上昇する間に、管１１５の外側にある冷媒１０３とガスとの熱交換によってガスが再凝縮して液化する現象が発生した。このような現象が発生すると、サンプルで発生した熱に相当するガス量と計測したガス量に大きな差が生じ測定不能となった。
【０００８】
さらに、管１１５の径が小さい場合には、発生した泡状のガス１０９が管内部の冷媒から抜出る際、液面が突沸状態になって飛沫が発生し、その飛沫がガス化してガス量が増大し、見かけ上サンプルの発熱量が増大したように観測されることもあった。
【０００９】
従って、本発明は、測定精度の向上、測定可能時間を増加できるとともに、サンプルの形状や寸法、サンプル材質に関して制約のない損失測定装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明の第１の態様は、内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記断熱手段は、前記容器に真空断熱層が形成されているか、又は前記容器の材質に非金属材料が選定され、前記容器の壁の厚さｔ１が、容器内部の冷媒が容器壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ１（式（１））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１・・・・（１）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ１：熱伝導量（Ｗ）
λ１：冷媒の温度付近における容器材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ１：容器の表面積（ｍ２）
ΔＴ１：容器内外の温度差（Ｋ）
ｔ１：容器の壁の厚さ（ｍ）
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記ヒーターは、マンガニン線、ニクロム線、金属被膜抵抗体、又はセラミック抵抗体から選択される発熱体の、いずれか１種又は２種以上を組み合わせた発熱体であり、かつ定常発熱可能なことを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記容器には、前記容器に接続され前記容器の内部で発生したガスを前記容器の外部へ導く管が備えられ、該管には断熱手段が設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記断熱手段は、前記管に真空断熱層が形成されているか、又は前記管の材質に非金属材料が選定され、前記管の壁の厚さｔ２が、管内部の冷媒が管壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ２（式（２））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２・・・・（２）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ２：熱伝導量（Ｗ）
λ２：冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ２：管材料の表面積（ｍ２）
ΔＴ２：管内外の温度差（Ｋ）
ｔ２：管の壁の厚さ（ｍ）
【００１５】
本発明の第６の態様は、前記容器の外部へ導く管について、容器内部で発生したガスが管内の冷媒の液面から排気される際に、冷媒が飛沫状となって飛散することを防止する手段が設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１６】
本発明の第７の態様は、前記飛散防止手段は、前記管の内径Ｄ（ｍｍ）が測定発熱量に対して式（３）で求めた値以上となるか、管内部液面に障害物を配置させるかの、いずれか１種又は両者を組み合わせたことを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｄ＝［５×（Ｐ＋３）］／４・・・・（３）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｄ：管の内径（ｍｍ）
Ｐ：測定の発熱量（Ｗ）
【００１７】
本発明の第８の態様は、前記交流損失測定装置を用いてサンプルの損失を測定する際に、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発させて前記ヒーターと前記サンプルとの合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることを特徴とする交流失測定方法である。
【発明の効果】
【００１８】
蒸発式カロリーメトリック法による交流損失測定装置において、クライオスタットを用いた測定が可能であり、測定精度の向上、測定可能時間を増加できるとともに、サンプルの形状や寸法、サンプル材質に関して制約のない損失測定装置を提供し、該測定装置を用いた測定方法が可能になった。
【００１９】
すなわち、本発明によって、蒸発式カロリメトリック法の損失測定装置において、クライオスタットを用いてサンプル容器を大きくした場合でも損失測定が可能になった。このクライオスタットを用いることで、外部からの熱侵入が抑えられて測定精度が向上し、さらにクライオスタットの断熱特性によって冷媒の自然蒸発量を低く保持することができるので測定可能時間も増加し、さらにはこれらの効果によってサンプルの大きさを実機級に大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明は、サンプルに発生した熱によって冷媒を気化させてガスを発生させ、ガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部に定常発熱可能なヒーターが設けられていることを特徴とする。
【００２１】
ここで、サンプルを収容した非金属製容器に断熱機能を備えるということは、例えば、容器の壁に真空断熱層を形成させるか、あるいは、容器の壁を厚くして容器の壁を介して容器内部と外部の熱伝達を遮断することが望ましい。
【００２２】
真空断熱層は、例えば、二重構造の壁であって、その二重壁の中間が真空層、又は断熱材を配置した真空層である（例えば、魔法瓶のような構造である。）。
【００２３】
また、容器の壁厚を大きくすることは、容器内部で発生した熱が水平方向に伝達して、壁を通して外部に流出するので測定誤差が大きくなることを考慮して、容器の壁厚を容器の壁を介した熱伝達を抑えられる必要な厚さ以上にすることである。
【００２４】
クライオスタット２５に貯液された冷媒３について、冷媒の深さ方向の上部と下部では温度差がある。容器外部の冷媒は、マグネット７の運転などによって撹拌されて、例えば深さ方向の温度勾配が解消する。ところが、容器内部の冷媒について、深さ方向の温度差は解消されない。すなわち、同じ深さ位置では、容器の内と外で温度差が生じることになる。そのため、容器の壁が薄く、熱伝導が大きい場合には、発熱によって生じた冷媒の高温領域は、泡を形成して容器内を上昇するよりも、壁を伝わって容器外部で泡を形成して流出する方が多くなる。
【００２５】
そこで、本発明では、容器の壁厚を容器の壁を介した熱伝達を抑えられる必要な厚さ以上にする。ところで、容器の壁の厚さをｔ１（ｍ）とすると、ｔ１の値を決める因子は、容器内部と容器外部の温度差ΔＴ１（Ｋ）と、容器の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と、容器の表面積Ａ１（ｍ２）を用い、熱伝導量を示す式Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１から求めることができる。交流損失測定装置の測定精度を±Δｐ（Ｗ）としたいときに、熱伝導量Ｑ１がΔｐの値より大きい場合は測定できない。熱伝導量Ｑ１はΔｐの値と同程度、好ましくはΔｐの値の１０分の１程度に抑えておくと測定が測定可能となる。従って、Ｑ１の値を抑える容器の壁の厚さｔ１を求めることが望ましい。
【００２６】
上記ｔ１を求める方法について、以下の例により説明する。通常のクライオスタットの場合には、貯液深さは１ｍから３ｍ程度であり、この場合の温度差は、０．１Ｋから１Ｋ程度になる。クライオスタットの深さを１ｍ程度として、容器の材質がＦＲＰの場合を計算してみる。ＦＲＰの７７Ｋにおける熱伝導率λは、０．３４８（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）であるから、容器表面積Ａ１を、例えば０．１４７ｍ２とし、容器の壁の厚さt１を２５ｍｍとし、容器の位置するところから液面までの深さを３００ｍｍとし、冷媒を液体窒素とすると、液体窒素の液面と容器の深さ３００ｍｍでは、大気圧を１気圧とすると温度差は０．２０６Ｋと求まる。
【００２７】
容器外部の同じ深さの冷媒は、撹拌されるなどで大気圧における均一な飽和温度である場合には、容器の内外の平均温度差は前記上下温度差の１／２、０．１０３Ｋとなり、熱伝導量Ｑ１は、計算式Ｑ１＝Ａ１×λ１×０．１０３／ｔ１から求められる。ここで、各変数に上記の数値を代入してＱ１の値を求めると、Ｑ１＝０．２Ｗとなる。この値は、装置の感度±０．２Ｗとした場合には、満足される値となる。従って、容器厚さは２５ｍｍが必要となる。このように容器の厚さを設定すれば良い。もちろん、前記の方法を組合わせることも可能である。
【００２８】
定常発熱可能なヒーターとしては、通電により発熱する材料から選択することが望ましく、例えば、マンガニン線をコイル状に形成したもの、ニクロム線からなるもの、金属被膜抵抗体やセラミック抵抗体などの発熱体を用いても良い。もちろん、前記発熱体を組合わせて用いても良い。
【００２９】
また、容器内部で発生したガスが容器に接続されている管を上昇する際に、クライオスタット内部に配置されている部分で管の外側の冷媒とガスとの熱交換により、ガスが再凝縮して液化することを防ぐ方法としては以下の例があげられる。
【００３０】
すなわち、前記容器の壁と同様な方法を用いて、管に真空断熱を施したり、非金属性材料を用いて管を形成したり、管の壁の厚さを厚くすれば良い。もちろん該方法を組合わせることも可能である。
【００３１】
ここで、容器の壁の厚さをｔ２（ｍ）とすると、ｔ２の値を決める因子は、管内外の温度差ΔＴ２（Ｋ）と、冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率λ２（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と、管材料の表面積Ａ２（ｍ２）を用い、熱伝導量を示す式Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２から求めることができる。交流損失測定装置の測定精度を±Δｐ（Ｗ）としたいときに、熱伝導量Ｑ２がΔｐの値より大きい場合は測定できない。熱伝導量Ｑ２の値はΔｐの値と同程度、好ましくはΔｐの値の１０分の１程度に抑えておくと測定が可能となる。従って、Ｑ２の値を抑える管の壁の厚さｔ２を求めることが望ましい。
【００３２】
なお、非金属性管の厚さが２５ｍｍ未満の場合には、管内部を上昇する気泡と管外部の冷媒との間の温度差による壁面を通した熱伝達で、気泡が消失することが起こり、測定誤差が大きくなるからである。このようにして、再凝縮を抑制することで、ガス量計測によりサンプルの熱損失を正しく測定できる。
【００３３】
更に、泡状のガスが冷媒の液面から出るときに液面が突沸状態となって飛沫が発生し、その飛沫がガス化してガス量が見掛け上増加することを防ぐ方法として以下の例があげられる。すなわち、管の内径を大きくしたり、管内部の冷媒液面付近に亘ってボール状あるいは他の形状の障害物を配置して液面が突沸状態になるのを防いだり、落としぶたとなるような盤状もしくは皿状の部材を液面に浮かべて飛沫発生を防ぐことができる。
【００３４】
管の内径Ｄ（ｍｍ）としては、発熱量Ｐ（Ｗ）に対して、Ｄ≧５／４（Ｐ＋３）となるようにすることが望ましい。理由は、これよりも小さい径では、冷媒の飛沫が気泡と一緒に管を上昇し、その飛沫が室温部分でガス化して、測定誤差を過大なものにしていた。そこで、サンプルよって、様々な発熱量測定に対応するために、管の直径を変更できるような構造を備えるか、あるいは予め直径を十分に大きい管を用いることが望ましいからである。
【００３５】
上記の理由を以下に詳細に説明する。例えば、サンプルの発熱量１Ｗに対しては、管内径５ｍｍ以上が必要であった。これよりも、小さい径では冷媒の飛沫が気泡と一緒に管を上昇し、その飛沫が室温部分でガス化して測定誤差を過大なものにしていた。また、約５Ｗの発熱では、管内径１０ｍｍ以上が必要であった。さらに、約９Ｗの場合は、１５ｍｍ以上が必要であった。
【００３６】
上記から、管の内径をＤ（ｍｍ）とすると、発熱量Ｐ（Ｗ）に対してＤ≧５／４（Ｐ＋３）以上となるようにすることが望ましいことがわかった。そこで、サンプルの発熱によって管径を変更できるような構造にした。
【００３７】
また、管内部の液面付近に配置させる障害物は、ボール状のものや、他の形状のものでもよい、形状については拘らず、要は飛沫防止できればよい。液面に浮かべる盤状もしくは皿状の部材は、落し蓋のような飛沫防止効果があるものが望ましい。
【００３８】
また、本発明にかかる損失測定装置を利用して熱損失を測定する場合、容器内部に設置したヒーターに一定の発熱条件を与え、ヒーターから定常的に泡が発生するようになってから、サンプルに通電したり、磁界を印加して損失を発生させ、ヒーターの発熱によるガス量とサンプルによるガス量との合計を計測し、合計ガス量からヒーターのみの発熱によるガス量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることができる。
【００３９】
また、本発明では、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発生させ、前記ヒーターと前記サンプルと合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めても良い。
【実施例１】
【００４０】
図１を参照しながら実施例を説明する。サンプル１は、銀合金シース式酸化物超電導テープ線である。超電導体はＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸとして知られているＢｉ２２２３系材料を用いて銀合金シースに内部にフィラメントとして配置したものである。テープの寸法は、幅が４ｍｍであり、厚さが０．３ｍｍであった。
【００４１】
このサンプル１をサンプルホルダー（図示せず）に巻き付けて固定した。このホルダーはＦＲＰ製の円筒であって、内径が１４０ｍｍφ、外径が１５０ｍｍφ、高さが８０ｍｍであった。サンプル１は、このホルダーの外周部に５０ｍｍにわたって１２ターン巻き付けた。ホルダーはサポート２３により支持させた。
【００４２】
容器１１は、ＦＲＰ製の真空断熱層を有する筒状蓋１５、ＦＲＰ製の円盤状の底板１３、及び筒状蓋１５の上部に設けられた、発生したガス９を捕集して、集合させるために形成されたフード１２により構成され、フード１２の上端にはガス導通用の管２７を設けた。なお、筒状蓋１５、底板１３、及びフード１２には真空断熱層を設けず、ＦＲＰの厚さを２５ｍｍ以上としても良い。もちろん、両方を備えていても良い。
【００４３】
底板１３には、底板１３を貫通して通電用端子１７を設けた。通電用端子１７について、容器１１の内側には、ヒーター１９を取付けた。ヒーターは、通電により発熱する材料から選択し、本例では、直径０．５ｍｍφ、長さ１ｍのマンガニン線をコイル状に形成して用いた。ヒーターは、外部のヒーター用電源３９を用いてスイッチの入切り、及び電圧調製等を行った。
【００４４】
また、容器１１の筒状蓋１５の下側に、例えば図１に於いては筒状蓋１５の左下側の一箇所に気液分離壁３５を設けた。気液分離壁３５は、必要に応じて設ければ良い。分離壁３５は、銅メッシュやナイロンメッシュなどのメッシュ材を筒状蓋１５の側壁に設けた穴に取付けて形成される。本例では、直径が２０ｍｍφの孔を筒状蓋１５の下部側壁1カ所に開け、該孔にナイロンメッシュを接着して設けた。この気液分離壁３５を設けることにより、容器１１の外側から冷媒は流入することができるが、容器１１の外側で発生したガスの容器内部への侵入を抑制して測定誤差の発生を回避することができる。なお、容器１１は、支持部材３７に固定した。
【００４５】
電極板２１は、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの銅板製である。サンプル１の両端部は、電極板２１に各々ハンダ付けにより接続した。また、外部電源５からサンプル１へ交流通電が可能となるように、電極２１にはクライオスタット２５の外側から引き込まれた電流リードをハンダ付けにより接続した。
【００４６】
クライオスタット２５は、内径が５００ｍｍφ、高さが１．８ｍのＦＲＰ製の真空断熱容器であり、真空層にはスリットの入ったスーパーインシュレーションを用いた。冷媒３には液体窒素を用いた。なお、他の冷媒、例えば液体ヘリウム、液体水素等を用いて良いことはもちろんである。
【００４７】
サンプル１への交流通電により交流損失が発生する。交流損失を発生させる別の方法として、容器１１を交流磁石７の内側に設置して、交流磁界をサンプル１に印加することでも可能である。この交流磁界を用いる場合には、サンプル1の両端は開放状態とする。
【００４８】
サンプル１で発生した交流損失により周囲の冷媒３が気化してガス９が発生した。ガス９は容器１１の中を上昇して、容器１１の頂部に接続された管２７を通り、クライオスタットの外部に取出した。管２７は、ＦＲＰ製で、内径が１２ｍｍφ、長さが２ｍであり真空断熱層を備えている。ここで、管２７は、真空断熱層のほかに、例えばＦＲＰなどの非金属製の材料を用い、その厚さが２５ｍｍ以上であれば良い。
【００４９】
また、様々な発熱量を測定することに対応できるように、管の直径を変更できるような構造にしても良い。この構造は、具体的には容器頂部にテーパー付きネジ溝を設け、このネジ溝に合うように管にもテーパー付きネジを加工して、ねじ込み式として良い。ネジ部にはシーリングテープを数回巻き付けてガスが、外部に流出することを防ぐことが望ましい。
【００５０】
管２７の一方端にはビニールチューブ（材質：軟質ＰＶＣ）３３を繋いだ。このビニールチューブ３３は、約１５℃に保持された水槽が設けられた恒温槽２９に繋いだ。恒温槽２９の水槽中には銅パイプが通されており、ガス９の温度が１５℃程度に保持された。
【００５１】
この後、ガス９は、湿式体積流量計３１に導入されて単位時間当たりの流量が計測され、ガス９の単位体積当たりの蒸発潜熱値を用いてサンプルの損失量を算出した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
超電導体の交流損失の測定に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の測定装置の説明図である。
【図２】従来例の測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ サンプル
３ 冷媒
５ 交流通電電源装置
７ 交流磁石
９ ガス
１１ 容器
１２ フード
１３ 底板
１５ 筒状蓋
１７ 通電用端子
１９ ヒーター
２１ 電極板
２３ サポート
２５ クライオスタット
２７ 管
２９ 恒温槽
３１ 湿式体積流量計
３３ ビニールチューブ
３５ 気液分離壁
３７ 支持部材
１０１ サンプル
１０３ 冷媒
１０５ 外部電源
１０７ 外部磁石
１０９ ガス
１１１ 容器
１１３ クライオスタット
１１５ 管
１１７ ビニールチューブ
１１９ 湿式体積流量計
【技術分野】
【０００１】
超電導体の交流損失を測定する装置及びそれを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体に交流電気を通電したり、交流磁界を印加すると、交流損失が発生する。交流損失を測定する方法には、電気的な計測による方法として４端子法やスパイラルループ法、ポインティングベクトル法（住吉ほか、低温工学２０００年３５巻１２号５７５ページ）がある。磁気的な計測による方法としては、磁化法（特開平９−２９７１６８号公報）がある。熱的な計測による方法としては、カロリーメトリック法がある。
【０００３】
上記計測方法のうちカロリーメトリック法は、サンプルで発生した損失を熱エネルギーに変換して、その熱量を計測することが基本原理であり、サンプルの形状、性質、及び大きさなどに起因する測定時の制約が他の２方法に比べて少ない点が優れていると言われている。カロリーメトリック法の例として、蒸発式カロリーメトリック法について特開昭６１−２０７９５７号公報、特開平９−１０１２７７号公報の記載を図２を参照しながら説明する。
【０００４】
測定用サンプル１０１は液体ヘリウムや液体窒素のような冷媒１０３が貯められている容器１１１の下部に配置されている。この状態で、サンプル１０１に外部電源１０５から交流電気を通電する、あるいは外部磁石１０７から交流磁界を印加すると、交流損失が発生する。サンプル１０１に発生した交流損失は、熱エネルギーとして周囲へ放散する。すなわち、サンプル１０１に発生した損失エネルギーは、熱エネルギーとしてサンプル１０１の表面を通して容器中の冷媒１０３を加熱し、加熱されて気化した冷媒１０３はガス１０９として容器１１１の内側の冷媒中を上昇する。
【０００５】
容器１１１を上昇して、管１１５、ビニールチューブ１１７を通過したガス１０９は体積流量計１１９によりガス流量が計測される。すなわち、単位時間当たりの発生ガス量を流量計や目盛り付きシリンダーを用いて計測することにより交流損失を求めることができる。
【特許文献１】特開昭６１−２０７９５７号公報
【特許文献２】特開平９−１０１２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の蒸発式カロリーメトリック装置は、サンプル１０１で発生したガス量を計量することで、サンプル１０１で発生した熱を求める測定装置である。ところで、測定精度を向上させたいとか、測定可能時間を増加させたいといったとき、図２に示すようにサンプル容器がクライオスタット１１３内部に配置されると効果的である。この場合には、サンプル容器の外径が５０ｍｍ程度で、クライオスタット内部の冷媒の深さが２０ｃｍである。しかし、サンプルの大きさを実機の大きさ程度にしたとき、冷媒の深さも１ｍ程度となり、容器をクライオスタット内部に配置させている場合には、下記のような問題があった。
【０００７】
すなわち、サンプルから発生した熱は容器の壁面に伝達されて容器の外側に到り、加熱された容器の外側で冷媒がガス化して泡を形成する現象が発生した。また、容器１１１に取付けられた管１１５を泡状のガス１０９が上昇する間に、管１１５の外側にある冷媒１０３とガスとの熱交換によってガスが再凝縮して液化する現象が発生した。このような現象が発生すると、サンプルで発生した熱に相当するガス量と計測したガス量に大きな差が生じ測定不能となった。
【０００８】
さらに、管１１５の径が小さい場合には、発生した泡状のガス１０９が管内部の冷媒から抜出る際、液面が突沸状態になって飛沫が発生し、その飛沫がガス化してガス量が増大し、見かけ上サンプルの発熱量が増大したように観測されることもあった。
【０００９】
従って、本発明は、測定精度の向上、測定可能時間を増加できるとともに、サンプルの形状や寸法、サンプル材質に関して制約のない損失測定装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明の第１の態様は、内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記断熱手段は、前記容器に真空断熱層が形成されているか、又は前記容器の材質に非金属材料が選定され、前記容器の壁の厚さｔ１が、容器内部の冷媒が容器壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ１（式（１））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１・・・・（１）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ１：熱伝導量（Ｗ）
λ１：冷媒の温度付近における容器材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ１：容器の表面積（ｍ２）
ΔＴ１：容器内外の温度差（Ｋ）
ｔ１：容器の壁の厚さ（ｍ）
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記ヒーターは、マンガニン線、ニクロム線、金属被膜抵抗体、又はセラミック抵抗体から選択される発熱体の、いずれか１種又は２種以上を組み合わせた発熱体であり、かつ定常発熱可能なことを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記容器には、前記容器に接続され前記容器の内部で発生したガスを前記容器の外部へ導く管が備えられ、該管には断熱手段が設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記断熱手段は、前記管に真空断熱層が形成されているか、又は前記管の材質に非金属材料が選定され、前記管の壁の厚さｔ２が、管内部の冷媒が管壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ２（式（２））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２・・・・（２）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ２：熱伝導量（Ｗ）
λ２：冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ２：管材料の表面積（ｍ２）
ΔＴ２：管内外の温度差（Ｋ）
ｔ２：管の壁の厚さ（ｍ）
【００１５】
本発明の第６の態様は、前記容器の外部へ導く管について、容器内部で発生したガスが管内の冷媒の液面から排気される際に、冷媒が飛沫状となって飛散することを防止する手段が設けられていることを特徴とする交流損失測定装置である。
【００１６】
本発明の第７の態様は、前記飛散防止手段は、前記管の内径Ｄ（ｍｍ）が測定発熱量に対して式（３）で求めた値以上となるか、管内部液面に障害物を配置させるかの、いずれか１種又は両者を組み合わせたことを特徴とする交流損失測定装置である。
Ｄ＝［５×（Ｐ＋３）］／４・・・・（３）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｄ：管の内径（ｍｍ）
Ｐ：測定の発熱量（Ｗ）
【００１７】
本発明の第８の態様は、前記交流損失測定装置を用いてサンプルの損失を測定する際に、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発させて前記ヒーターと前記サンプルとの合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることを特徴とする交流失測定方法である。
【発明の効果】
【００１８】
蒸発式カロリーメトリック法による交流損失測定装置において、クライオスタットを用いた測定が可能であり、測定精度の向上、測定可能時間を増加できるとともに、サンプルの形状や寸法、サンプル材質に関して制約のない損失測定装置を提供し、該測定装置を用いた測定方法が可能になった。
【００１９】
すなわち、本発明によって、蒸発式カロリメトリック法の損失測定装置において、クライオスタットを用いてサンプル容器を大きくした場合でも損失測定が可能になった。このクライオスタットを用いることで、外部からの熱侵入が抑えられて測定精度が向上し、さらにクライオスタットの断熱特性によって冷媒の自然蒸発量を低く保持することができるので測定可能時間も増加し、さらにはこれらの効果によってサンプルの大きさを実機級に大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明は、サンプルに発生した熱によって冷媒を気化させてガスを発生させ、ガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部に定常発熱可能なヒーターが設けられていることを特徴とする。
【００２１】
ここで、サンプルを収容した非金属製容器に断熱機能を備えるということは、例えば、容器の壁に真空断熱層を形成させるか、あるいは、容器の壁を厚くして容器の壁を介して容器内部と外部の熱伝達を遮断することが望ましい。
【００２２】
真空断熱層は、例えば、二重構造の壁であって、その二重壁の中間が真空層、又は断熱材を配置した真空層である（例えば、魔法瓶のような構造である。）。
【００２３】
また、容器の壁厚を大きくすることは、容器内部で発生した熱が水平方向に伝達して、壁を通して外部に流出するので測定誤差が大きくなることを考慮して、容器の壁厚を容器の壁を介した熱伝達を抑えられる必要な厚さ以上にすることである。
【００２４】
クライオスタット２５に貯液された冷媒３について、冷媒の深さ方向の上部と下部では温度差がある。容器外部の冷媒は、マグネット７の運転などによって撹拌されて、例えば深さ方向の温度勾配が解消する。ところが、容器内部の冷媒について、深さ方向の温度差は解消されない。すなわち、同じ深さ位置では、容器の内と外で温度差が生じることになる。そのため、容器の壁が薄く、熱伝導が大きい場合には、発熱によって生じた冷媒の高温領域は、泡を形成して容器内を上昇するよりも、壁を伝わって容器外部で泡を形成して流出する方が多くなる。
【００２５】
そこで、本発明では、容器の壁厚を容器の壁を介した熱伝達を抑えられる必要な厚さ以上にする。ところで、容器の壁の厚さをｔ１（ｍ）とすると、ｔ１の値を決める因子は、容器内部と容器外部の温度差ΔＴ１（Ｋ）と、容器の熱伝導率λ（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と、容器の表面積Ａ１（ｍ２）を用い、熱伝導量を示す式Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１から求めることができる。交流損失測定装置の測定精度を±Δｐ（Ｗ）としたいときに、熱伝導量Ｑ１がΔｐの値より大きい場合は測定できない。熱伝導量Ｑ１はΔｐの値と同程度、好ましくはΔｐの値の１０分の１程度に抑えておくと測定が測定可能となる。従って、Ｑ１の値を抑える容器の壁の厚さｔ１を求めることが望ましい。
【００２６】
上記ｔ１を求める方法について、以下の例により説明する。通常のクライオスタットの場合には、貯液深さは１ｍから３ｍ程度であり、この場合の温度差は、０．１Ｋから１Ｋ程度になる。クライオスタットの深さを１ｍ程度として、容器の材質がＦＲＰの場合を計算してみる。ＦＲＰの７７Ｋにおける熱伝導率λは、０．３４８（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）であるから、容器表面積Ａ１を、例えば０．１４７ｍ２とし、容器の壁の厚さt１を２５ｍｍとし、容器の位置するところから液面までの深さを３００ｍｍとし、冷媒を液体窒素とすると、液体窒素の液面と容器の深さ３００ｍｍでは、大気圧を１気圧とすると温度差は０．２０６Ｋと求まる。
【００２７】
容器外部の同じ深さの冷媒は、撹拌されるなどで大気圧における均一な飽和温度である場合には、容器の内外の平均温度差は前記上下温度差の１／２、０．１０３Ｋとなり、熱伝導量Ｑ１は、計算式Ｑ１＝Ａ１×λ１×０．１０３／ｔ１から求められる。ここで、各変数に上記の数値を代入してＱ１の値を求めると、Ｑ１＝０．２Ｗとなる。この値は、装置の感度±０．２Ｗとした場合には、満足される値となる。従って、容器厚さは２５ｍｍが必要となる。このように容器の厚さを設定すれば良い。もちろん、前記の方法を組合わせることも可能である。
【００２８】
定常発熱可能なヒーターとしては、通電により発熱する材料から選択することが望ましく、例えば、マンガニン線をコイル状に形成したもの、ニクロム線からなるもの、金属被膜抵抗体やセラミック抵抗体などの発熱体を用いても良い。もちろん、前記発熱体を組合わせて用いても良い。
【００２９】
また、容器内部で発生したガスが容器に接続されている管を上昇する際に、クライオスタット内部に配置されている部分で管の外側の冷媒とガスとの熱交換により、ガスが再凝縮して液化することを防ぐ方法としては以下の例があげられる。
【００３０】
すなわち、前記容器の壁と同様な方法を用いて、管に真空断熱を施したり、非金属性材料を用いて管を形成したり、管の壁の厚さを厚くすれば良い。もちろん該方法を組合わせることも可能である。
【００３１】
ここで、容器の壁の厚さをｔ２（ｍ）とすると、ｔ２の値を決める因子は、管内外の温度差ΔＴ２（Ｋ）と、冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率λ２（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と、管材料の表面積Ａ２（ｍ２）を用い、熱伝導量を示す式Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２から求めることができる。交流損失測定装置の測定精度を±Δｐ（Ｗ）としたいときに、熱伝導量Ｑ２がΔｐの値より大きい場合は測定できない。熱伝導量Ｑ２の値はΔｐの値と同程度、好ましくはΔｐの値の１０分の１程度に抑えておくと測定が可能となる。従って、Ｑ２の値を抑える管の壁の厚さｔ２を求めることが望ましい。
【００３２】
なお、非金属性管の厚さが２５ｍｍ未満の場合には、管内部を上昇する気泡と管外部の冷媒との間の温度差による壁面を通した熱伝達で、気泡が消失することが起こり、測定誤差が大きくなるからである。このようにして、再凝縮を抑制することで、ガス量計測によりサンプルの熱損失を正しく測定できる。
【００３３】
更に、泡状のガスが冷媒の液面から出るときに液面が突沸状態となって飛沫が発生し、その飛沫がガス化してガス量が見掛け上増加することを防ぐ方法として以下の例があげられる。すなわち、管の内径を大きくしたり、管内部の冷媒液面付近に亘ってボール状あるいは他の形状の障害物を配置して液面が突沸状態になるのを防いだり、落としぶたとなるような盤状もしくは皿状の部材を液面に浮かべて飛沫発生を防ぐことができる。
【００３４】
管の内径Ｄ（ｍｍ）としては、発熱量Ｐ（Ｗ）に対して、Ｄ≧５／４（Ｐ＋３）となるようにすることが望ましい。理由は、これよりも小さい径では、冷媒の飛沫が気泡と一緒に管を上昇し、その飛沫が室温部分でガス化して、測定誤差を過大なものにしていた。そこで、サンプルよって、様々な発熱量測定に対応するために、管の直径を変更できるような構造を備えるか、あるいは予め直径を十分に大きい管を用いることが望ましいからである。
【００３５】
上記の理由を以下に詳細に説明する。例えば、サンプルの発熱量１Ｗに対しては、管内径５ｍｍ以上が必要であった。これよりも、小さい径では冷媒の飛沫が気泡と一緒に管を上昇し、その飛沫が室温部分でガス化して測定誤差を過大なものにしていた。また、約５Ｗの発熱では、管内径１０ｍｍ以上が必要であった。さらに、約９Ｗの場合は、１５ｍｍ以上が必要であった。
【００３６】
上記から、管の内径をＤ（ｍｍ）とすると、発熱量Ｐ（Ｗ）に対してＤ≧５／４（Ｐ＋３）以上となるようにすることが望ましいことがわかった。そこで、サンプルの発熱によって管径を変更できるような構造にした。
【００３７】
また、管内部の液面付近に配置させる障害物は、ボール状のものや、他の形状のものでもよい、形状については拘らず、要は飛沫防止できればよい。液面に浮かべる盤状もしくは皿状の部材は、落し蓋のような飛沫防止効果があるものが望ましい。
【００３８】
また、本発明にかかる損失測定装置を利用して熱損失を測定する場合、容器内部に設置したヒーターに一定の発熱条件を与え、ヒーターから定常的に泡が発生するようになってから、サンプルに通電したり、磁界を印加して損失を発生させ、ヒーターの発熱によるガス量とサンプルによるガス量との合計を計測し、合計ガス量からヒーターのみの発熱によるガス量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることができる。
【００３９】
また、本発明では、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発生させ、前記ヒーターと前記サンプルと合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めても良い。
【実施例１】
【００４０】
図１を参照しながら実施例を説明する。サンプル１は、銀合金シース式酸化物超電導テープ線である。超電導体はＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３ＯＸとして知られているＢｉ２２２３系材料を用いて銀合金シースに内部にフィラメントとして配置したものである。テープの寸法は、幅が４ｍｍであり、厚さが０．３ｍｍであった。
【００４１】
このサンプル１をサンプルホルダー（図示せず）に巻き付けて固定した。このホルダーはＦＲＰ製の円筒であって、内径が１４０ｍｍφ、外径が１５０ｍｍφ、高さが８０ｍｍであった。サンプル１は、このホルダーの外周部に５０ｍｍにわたって１２ターン巻き付けた。ホルダーはサポート２３により支持させた。
【００４２】
容器１１は、ＦＲＰ製の真空断熱層を有する筒状蓋１５、ＦＲＰ製の円盤状の底板１３、及び筒状蓋１５の上部に設けられた、発生したガス９を捕集して、集合させるために形成されたフード１２により構成され、フード１２の上端にはガス導通用の管２７を設けた。なお、筒状蓋１５、底板１３、及びフード１２には真空断熱層を設けず、ＦＲＰの厚さを２５ｍｍ以上としても良い。もちろん、両方を備えていても良い。
【００４３】
底板１３には、底板１３を貫通して通電用端子１７を設けた。通電用端子１７について、容器１１の内側には、ヒーター１９を取付けた。ヒーターは、通電により発熱する材料から選択し、本例では、直径０．５ｍｍφ、長さ１ｍのマンガニン線をコイル状に形成して用いた。ヒーターは、外部のヒーター用電源３９を用いてスイッチの入切り、及び電圧調製等を行った。
【００４４】
また、容器１１の筒状蓋１５の下側に、例えば図１に於いては筒状蓋１５の左下側の一箇所に気液分離壁３５を設けた。気液分離壁３５は、必要に応じて設ければ良い。分離壁３５は、銅メッシュやナイロンメッシュなどのメッシュ材を筒状蓋１５の側壁に設けた穴に取付けて形成される。本例では、直径が２０ｍｍφの孔を筒状蓋１５の下部側壁1カ所に開け、該孔にナイロンメッシュを接着して設けた。この気液分離壁３５を設けることにより、容器１１の外側から冷媒は流入することができるが、容器１１の外側で発生したガスの容器内部への侵入を抑制して測定誤差の発生を回避することができる。なお、容器１１は、支持部材３７に固定した。
【００４５】
電極板２１は、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの銅板製である。サンプル１の両端部は、電極板２１に各々ハンダ付けにより接続した。また、外部電源５からサンプル１へ交流通電が可能となるように、電極２１にはクライオスタット２５の外側から引き込まれた電流リードをハンダ付けにより接続した。
【００４６】
クライオスタット２５は、内径が５００ｍｍφ、高さが１．８ｍのＦＲＰ製の真空断熱容器であり、真空層にはスリットの入ったスーパーインシュレーションを用いた。冷媒３には液体窒素を用いた。なお、他の冷媒、例えば液体ヘリウム、液体水素等を用いて良いことはもちろんである。
【００４７】
サンプル１への交流通電により交流損失が発生する。交流損失を発生させる別の方法として、容器１１を交流磁石７の内側に設置して、交流磁界をサンプル１に印加することでも可能である。この交流磁界を用いる場合には、サンプル1の両端は開放状態とする。
【００４８】
サンプル１で発生した交流損失により周囲の冷媒３が気化してガス９が発生した。ガス９は容器１１の中を上昇して、容器１１の頂部に接続された管２７を通り、クライオスタットの外部に取出した。管２７は、ＦＲＰ製で、内径が１２ｍｍφ、長さが２ｍであり真空断熱層を備えている。ここで、管２７は、真空断熱層のほかに、例えばＦＲＰなどの非金属製の材料を用い、その厚さが２５ｍｍ以上であれば良い。
【００４９】
また、様々な発熱量を測定することに対応できるように、管の直径を変更できるような構造にしても良い。この構造は、具体的には容器頂部にテーパー付きネジ溝を設け、このネジ溝に合うように管にもテーパー付きネジを加工して、ねじ込み式として良い。ネジ部にはシーリングテープを数回巻き付けてガスが、外部に流出することを防ぐことが望ましい。
【００５０】
管２７の一方端にはビニールチューブ（材質：軟質ＰＶＣ）３３を繋いだ。このビニールチューブ３３は、約１５℃に保持された水槽が設けられた恒温槽２９に繋いだ。恒温槽２９の水槽中には銅パイプが通されており、ガス９の温度が１５℃程度に保持された。
【００５１】
この後、ガス９は、湿式体積流量計３１に導入されて単位時間当たりの流量が計測され、ガス９の単位体積当たりの蒸発潜熱値を用いてサンプルの損失量を算出した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
超電導体の交流損失の測定に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の測定装置の説明図である。
【図２】従来例の測定装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ サンプル
３ 冷媒
５ 交流通電電源装置
７ 交流磁石
９ ガス
１１ 容器
１２ フード
１３ 底板
１５ 筒状蓋
１７ 通電用端子
１９ ヒーター
２１ 電極板
２３ サポート
２５ クライオスタット
２７ 管
２９ 恒温槽
３１ 湿式体積流量計
３３ ビニールチューブ
３５ 気液分離壁
３７ 支持部材
１０１ サンプル
１０３ 冷媒
１０５ 外部電源
１０７ 外部磁石
１０９ ガス
１１１ 容器
１１３ クライオスタット
１１５ 管
１１７ ビニールチューブ
１１９ 湿式体積流量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、
前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置。
【請求項２】
前記断熱手段は、前記容器に真空断熱層が形成されているか、又は前記容器の材質に非金属材料が選定され、前記容器の壁の厚さｔ１が、容器内部の冷媒が容器壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ１（式（１））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の交流損失測定装置。
Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１・・・・（１）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ１：熱伝導量（Ｗ）
λ１：冷媒の温度付近における容器材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ１：容器の表面積（ｍ２）
ΔＴ１：容器内外の温度差（Ｋ）
ｔ１：容器の壁の厚さ（ｍ）
【請求項３】
前記ヒーターは、マンガニン線、ニクロム線、金属被膜抵抗体、又はセラミック抵抗体から選択される発熱体の、いずれか１種又は２種以上を組み合わせた発熱体であり、かつ定常発熱可能なことを特徴とする請求項１又は２に記載の交流損失測定装置。
【請求項４】
前記容器には、前記容器に接続され前記容器の内部で発生したガスを前記容器の外部へ導く管が備えられ、該管には断熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交流損失測定装置。
【請求項５】
前記断熱手段は、前記管に真空断熱層が形成されているか、又は前記管の材質に非金属材料が選定され、前記管の壁の厚さｔ２が、管内部の冷媒が管壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ２（式（２））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする請求項４に記載の交流損失測定装置。
Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２・・・・（２）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ２：熱伝導量（Ｗ）
λ２：冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ２：管材料の表面積（ｍ２）
ΔＴ２：管内外の温度差（Ｋ）
ｔ２：管の壁の厚さ（ｍ）
【請求項６】
前記容器の外部へ導く管について、容器内部で発生したガスが管内の冷媒の液面から排気される際に、冷媒が飛沫状となって飛散することを防止する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の交流損失測定装置。
【請求項７】
前記飛散防止手段は、前記管の内径Ｄ（ｍｍ）が測定発熱量に対して式（３）で求めた値以上となるか、管内部液面に障害物を配置させるかの、いずれか１種又は両者を組み合わせたことを特徴とする請求項６に記載の交流損失測定装置。
Ｄ＝［５×（Ｐ＋３）］／４・・・・（３）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｄ：管の内径（ｍｍ）
Ｐ：測定の発熱量（Ｗ）
【請求項８】
請求項1〜７のいずれかに記載の交流損失測定装置を用いてサンプルの損失を測定する際に、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発させて前記ヒーターと前記サンプルとの合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることを特徴とする交流損失測定方法。
【請求項１】
内部にサンプルを収容した非金属製の容器の内側、あるいは外側、又は内側と外側の両側に冷媒を貯え、サンプルに発生した熱によって前記容器の内部の冷媒を気化させてガスを発生させ、前記発生させたガス量を計測してサンプルの熱損失を測定する装置であって、
前記容器に断熱手段が備えられ、かつ前記容器の内部にヒーターが設けられていることを特徴とする交流損失測定装置。
【請求項２】
前記断熱手段は、前記容器に真空断熱層が形成されているか、又は前記容器の材質に非金属材料が選定され、前記容器の壁の厚さｔ１が、容器内部の冷媒が容器壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ１（式（１））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の交流損失測定装置。
Ｑ１＝Ａ１×λ１×ΔＴ１／ｔ１・・・・（１）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ１：熱伝導量（Ｗ）
λ１：冷媒の温度付近における容器材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ１：容器の表面積（ｍ２）
ΔＴ１：容器内外の温度差（Ｋ）
ｔ１：容器の壁の厚さ（ｍ）
【請求項３】
前記ヒーターは、マンガニン線、ニクロム線、金属被膜抵抗体、又はセラミック抵抗体から選択される発熱体の、いずれか１種又は２種以上を組み合わせた発熱体であり、かつ定常発熱可能なことを特徴とする請求項１又は２に記載の交流損失測定装置。
【請求項４】
前記容器には、前記容器に接続され前記容器の内部で発生したガスを前記容器の外部へ導く管が備えられ、該管には断熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交流損失測定装置。
【請求項５】
前記断熱手段は、前記管に真空断熱層が形成されているか、又は前記管の材質に非金属材料が選定され、前記管の壁の厚さｔ２が、管内部の冷媒が管壁を介して外部へ伝達する熱伝導量Ｑ２（式（２））が前記交流損失測定装置の精度の同程度若しくはそれより以下になる厚さであるかの、いずれか１種又両者を組み合わせたものであることを特徴とする請求項４に記載の交流損失測定装置。
Ｑ２＝Ａ２×λ２×ΔＴ２／ｔ２・・・・（２）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｑ２：熱伝導量（Ｗ）
λ２：冷媒の温度付近における管材料の熱伝導率（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）
Ａ２：管材料の表面積（ｍ２）
ΔＴ２：管内外の温度差（Ｋ）
ｔ２：管の壁の厚さ（ｍ）
【請求項６】
前記容器の外部へ導く管について、容器内部で発生したガスが管内の冷媒の液面から排気される際に、冷媒が飛沫状となって飛散することを防止する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の交流損失測定装置。
【請求項７】
前記飛散防止手段は、前記管の内径Ｄ（ｍｍ）が測定発熱量に対して式（３）で求めた値以上となるか、管内部液面に障害物を配置させるかの、いずれか１種又は両者を組み合わせたことを特徴とする請求項６に記載の交流損失測定装置。
Ｄ＝［５×（Ｐ＋３）］／４・・・・（３）
ここで、各アルファベットは以下を示す。
Ｄ：管の内径（ｍｍ）
Ｐ：測定の発熱量（Ｗ）
【請求項８】
請求項1〜７のいずれかに記載の交流損失測定装置を用いてサンプルの損失を測定する際に、予めヒーターに一定の発熱状態を与えて発熱量を測定した後に前記ヒーターの定常的発熱状態を継続させながら前記サンプルに熱損失を発させて前記ヒーターと前記サンプルとの合計発熱量を計測し、前記計測した合計発熱量から前記ヒーターの発熱量を差し引いてサンプルの発熱量を求めることを特徴とする交流損失測定方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１７６５６（Ｐ２００６−１７６５６Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９７８１４（Ｐ２００４−１９７８１４）
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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