超伝導ケーブルを有する伝送システム
【課題】３個の相導体（１，２，３）を含む超伝導ケーブルと、上記３個の相導体を囲むクライオスタット（ＫＲ）とを有する伝送システムが提供される。
【解決手段】ここで、上記クライオスタット（ＫＲ）は、冷媒が通る空間を取り囲むものである。上記の３個の相導体（１，２，３）に対して１つの共通の中性導体（１１）が設けられており、該中性導体は、常伝導材料から成っており、絶縁の施された円形導体として構成されており、上記クライオスタット（ＫＲ）の外側に、かつ、その傍らに配置されている。上記クライオスタット（ＫＲ）は、周面側が閉じている断熱されたカバーから成っている。
【解決手段】ここで、上記クライオスタット（ＫＲ）は、冷媒が通る空間を取り囲むものである。上記の３個の相導体（１，２，３）に対して１つの共通の中性導体（１１）が設けられており、該中性導体は、常伝導材料から成っており、絶縁の施された円形導体として構成されており、上記クライオスタット（ＫＲ）の外側に、かつ、その傍らに配置されている。上記クライオスタット（ＫＲ）は、周面側が閉じている断熱されたカバーから成っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３個の相導体を含む超伝導ケーブルと、上記相導体を囲むクライオスタットとを有する伝送システムであって、上記クライオスタットは、冷媒が通る空間を取り囲むものであり、上記３個の相導体に対して１つの共通の中性導体が設けられており、上記クライオスタットは、周面側が閉じた、断熱されたカバーから成る、伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような伝送システムは、特許文献１に開示されている。
【０００３】
超伝導ケーブルは、今日の技術では、十分に低い温度で超伝導状態に変化する、セラミック材を含む合成材料からなる電気導体を有する。十分に冷却すれば、このように構成された導体の直流電気抵抗は、特定の電流の強さを超えない限り、ゼロである。適切なセラミック材料は、たとえば、第一世代の材料としてＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅・酸化物）、または第二世代の材料としてＲｅＢＣＯ（希土・バリウム・銅・酸化物）、とくにＹＢＣＯ（イットリウム・バリウム・銅・酸化物）である。この種の材料を超伝導状態に変化させるのに十分低い温度は、たとえば６７Ｋと９０Ｋの範囲である。適切な冷媒は、たとえば窒素、ヘリウム、ネオン、および水素、またはこれらの物質の混合物である。
【０００４】
特許文献２には、撚り線として超伝導電線から構成された導体を備える超伝導電気ケーブルが記載されている。上記導体は、誘電体によって包囲され、この誘電体は、シールド、すなわち帰路導体ないし中性導体によって取り囲まれている。そのように形成されたケーブルのコアは、クライオスタット内に配置されており、このクライオスタットは、その間に真空絶縁部の設けられた２つの同心金属チューブから成っている。１つのクライオスタット内にそのような３つのコアを、三相系を形成するように配置してもよい。上記導体は、クライオスタット内に直接取り付けてもよく、クライオスタットは、誘電体およびシールドによって囲まれている。
【０００５】
冒頭に述べた特許文献１に記載の公知の伝送システムでは、３個の相導体が相互に絶縁された状態であり、かつ、相互に同心的に配置されている。中性導体は、さらなる絶縁層とともに第４の相導体として上記の３個の相導体の周りに施されている。超伝導材料から成る第４の導体を備えるコンパクトな装置は、伝送システムの作動の際、超伝導性を得るために冷却される。このことは、同様に超伝導性を有する中性導体についても当てはまる。クライオスタットは、冷媒を運ぶのに十分大きな空間を含めて、上記コンパクトな装置に適合したサイズを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００４/０１３８６８Ａ２
【特許文献２】ＥＰ２０１７８５６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、冒頭に述べた伝送システムを簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、次のようにして解決される。すなわち、
―中性導体は、それ自体公知の形式で常伝導材料から成るものであり、かつ、クライオスタットの外側に配置されており、
―上記中性導体は、絶縁の施された円形導体として構成されており、かつ、クライオスタットの傍らに配置されているようにするものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記伝送システムにおいて中性導体は、クライオスタットの外側に位置するので、超伝導材料に比べて廉価な常伝導性の材料、とくに、銅から形成することができ、そのため、クライオスタット内では、上記伝送システムの作動中に３個の相導体だけを冷却しさえすればよい。従って、上記伝送システムにおいては、冷却のためのコストを、公知システムに比べて、低減することができる。その理由は、冷却に対して中性導体の加熱を考慮しなくてもよいようになるからである。そのような加熱は、３個の相導体への非対称な負荷に起因する電流によってもたらされ得るものであり、そのような電流は、交流損失を引き起こすおそれがある。相応する加熱ないし損失電力があれば、それは、冷却装置により補償しなければならなくなる。よって、通常時作動の場合に比べて冷却能力が高められるように上記冷却装置は設計するべきである。このように、クライオスタットの外側に中性導体を配置することにより、冷却装置の冷却能力を、３個の相導体の冷却のための通常作動時のものへ低減することができる。ケーブルのサイズも、クライオスタットの外側に中性導体が位置することに基づき比較的に小さくなるので、クライオスタットのサイズも同様に小さくすることができ、相応して材料コストも低減できる。
【００１０】
発明対象の実施例を図に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超伝導ケーブルとクライオスタットを有する構成の伝送システムの横断面図である。
【図２】超伝導ケーブルとクライオスタットを有する他の構成の伝送システムの横断面図である。
【図３】本発明の伝送システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には、超伝導ケーブルを有する伝送システムの断面図を示しており、この超伝導ケーブルは、相互に同心的に配置されている3個の超伝導相導体１，２，３を備え、これらの超伝導相導体１，２，３は、絶縁材料から成る層４，５により相互に絶縁されている。外側に位置する相導体３の周りに、絶縁材料から成る別の層６が配置されている。内側に位置する相導体１は、支持体７の周囲に配置されており、この支持体７は、図示の実施例では、管として構成されている。支持体７は、中空でない、長く伸びていくものとして構成してもよい。
【００１３】
超伝導ケーブルは、クライオスタットＫＲ内に配置されており、このクライオスタットＫＲは、冷媒を通すための空間ＨＲを取り囲んでいる。支持体７が管の場合、冷媒は、さらにその管を通って運ぶこともできる。クライオスタットＫＲは、例えば、間隔をおいて相互に同心的に配置された２つの金属管８，９から成り、それらの管の間に真空絶縁部１０が配置される。
【００１４】
クライオスタットＫＲの外側に、すべて３個の超伝導相導体１，２，３ に共通の１つの中性導体１１、たとえば、銅から成る１つの中性導体１１が配置されている。この中性導体１１は、図１の伝送システムの実施例の場合、クライオスタットＫＲの周りに巻かれている。その際、中性導体１１は、同時に、シールドの機能を有する。
【００１５】
このことは、図２の伝送システムの実施形態の場合にも当てはまり、この場合、３個の超伝導相導体１，２，３は、それぞれ１つの絶縁部により包囲された、相互に別箇の導体として構成されている。
【００１６】
図１および図２の中性導体１１の配置構成と異なって、図３の中性導体は、絶縁の施された円形導体としてクライオスタットＫＲの傍らに配設されている。その場合、その中性導体は、例えば、別箇の保護管１２内に配置されてもよい。その際、その保護管１２は、ライオスタットＫＲと結合していてもよい。図３の中性導体１１の配置構成は、図１および図２の超伝導ケーブルの２つの実施形態に対しても当てはまる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３個の相導体を含む超伝導ケーブルと、上記相導体を囲むクライオスタットとを有する伝送システムであって、上記クライオスタットは、冷媒が通る空間を取り囲むものであり、上記３個の相導体に対して１つの共通の中性導体が設けられており、上記クライオスタットは、周面側が閉じた、断熱されたカバーから成る、伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような伝送システムは、特許文献１に開示されている。
【０００３】
超伝導ケーブルは、今日の技術では、十分に低い温度で超伝導状態に変化する、セラミック材を含む合成材料からなる電気導体を有する。十分に冷却すれば、このように構成された導体の直流電気抵抗は、特定の電流の強さを超えない限り、ゼロである。適切なセラミック材料は、たとえば、第一世代の材料としてＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅・酸化物）、または第二世代の材料としてＲｅＢＣＯ（希土・バリウム・銅・酸化物）、とくにＹＢＣＯ（イットリウム・バリウム・銅・酸化物）である。この種の材料を超伝導状態に変化させるのに十分低い温度は、たとえば６７Ｋと９０Ｋの範囲である。適切な冷媒は、たとえば窒素、ヘリウム、ネオン、および水素、またはこれらの物質の混合物である。
【０００４】
特許文献２には、撚り線として超伝導電線から構成された導体を備える超伝導電気ケーブルが記載されている。上記導体は、誘電体によって包囲され、この誘電体は、シールド、すなわち帰路導体ないし中性導体によって取り囲まれている。そのように形成されたケーブルのコアは、クライオスタット内に配置されており、このクライオスタットは、その間に真空絶縁部の設けられた２つの同心金属チューブから成っている。１つのクライオスタット内にそのような３つのコアを、三相系を形成するように配置してもよい。上記導体は、クライオスタット内に直接取り付けてもよく、クライオスタットは、誘電体およびシールドによって囲まれている。
【０００５】
冒頭に述べた特許文献１に記載の公知の伝送システムでは、３個の相導体が相互に絶縁された状態であり、かつ、相互に同心的に配置されている。中性導体は、さらなる絶縁層とともに第４の相導体として上記の３個の相導体の周りに施されている。超伝導材料から成る第４の導体を備えるコンパクトな装置は、伝送システムの作動の際、超伝導性を得るために冷却される。このことは、同様に超伝導性を有する中性導体についても当てはまる。クライオスタットは、冷媒を運ぶのに十分大きな空間を含めて、上記コンパクトな装置に適合したサイズを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００４/０１３８６８Ａ２
【特許文献２】ＥＰ２０１７８５６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、冒頭に述べた伝送システムを簡略化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、次のようにして解決される。すなわち、
―中性導体は、それ自体公知の形式で常伝導材料から成るものであり、かつ、クライオスタットの外側に配置されており、
―上記中性導体は、絶縁の施された円形導体として構成されており、かつ、クライオスタットの傍らに配置されているようにするものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記伝送システムにおいて中性導体は、クライオスタットの外側に位置するので、超伝導材料に比べて廉価な常伝導性の材料、とくに、銅から形成することができ、そのため、クライオスタット内では、上記伝送システムの作動中に３個の相導体だけを冷却しさえすればよい。従って、上記伝送システムにおいては、冷却のためのコストを、公知システムに比べて、低減することができる。その理由は、冷却に対して中性導体の加熱を考慮しなくてもよいようになるからである。そのような加熱は、３個の相導体への非対称な負荷に起因する電流によってもたらされ得るものであり、そのような電流は、交流損失を引き起こすおそれがある。相応する加熱ないし損失電力があれば、それは、冷却装置により補償しなければならなくなる。よって、通常時作動の場合に比べて冷却能力が高められるように上記冷却装置は設計するべきである。このように、クライオスタットの外側に中性導体を配置することにより、冷却装置の冷却能力を、３個の相導体の冷却のための通常作動時のものへ低減することができる。ケーブルのサイズも、クライオスタットの外側に中性導体が位置することに基づき比較的に小さくなるので、クライオスタットのサイズも同様に小さくすることができ、相応して材料コストも低減できる。
【００１０】
発明対象の実施例を図に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】超伝導ケーブルとクライオスタットを有する構成の伝送システムの横断面図である。
【図２】超伝導ケーブルとクライオスタットを有する他の構成の伝送システムの横断面図である。
【図３】本発明の伝送システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には、超伝導ケーブルを有する伝送システムの断面図を示しており、この超伝導ケーブルは、相互に同心的に配置されている3個の超伝導相導体１，２，３を備え、これらの超伝導相導体１，２，３は、絶縁材料から成る層４，５により相互に絶縁されている。外側に位置する相導体３の周りに、絶縁材料から成る別の層６が配置されている。内側に位置する相導体１は、支持体７の周囲に配置されており、この支持体７は、図示の実施例では、管として構成されている。支持体７は、中空でない、長く伸びていくものとして構成してもよい。
【００１３】
超伝導ケーブルは、クライオスタットＫＲ内に配置されており、このクライオスタットＫＲは、冷媒を通すための空間ＨＲを取り囲んでいる。支持体７が管の場合、冷媒は、さらにその管を通って運ぶこともできる。クライオスタットＫＲは、例えば、間隔をおいて相互に同心的に配置された２つの金属管８，９から成り、それらの管の間に真空絶縁部１０が配置される。
【００１４】
クライオスタットＫＲの外側に、すべて３個の超伝導相導体１，２，３ に共通の１つの中性導体１１、たとえば、銅から成る１つの中性導体１１が配置されている。この中性導体１１は、図１の伝送システムの実施例の場合、クライオスタットＫＲの周りに巻かれている。その際、中性導体１１は、同時に、シールドの機能を有する。
【００１５】
このことは、図２の伝送システムの実施形態の場合にも当てはまり、この場合、３個の超伝導相導体１，２，３は、それぞれ１つの絶縁部により包囲された、相互に別箇の導体として構成されている。
【００１６】
図１および図２の中性導体１１の配置構成と異なって、図３の中性導体は、絶縁の施された円形導体としてクライオスタットＫＲの傍らに配設されている。その場合、その中性導体は、例えば、別箇の保護管１２内に配置されてもよい。その際、その保護管１２は、ライオスタットＫＲと結合していてもよい。図３の中性導体１１の配置構成は、図１および図２の超伝導ケーブルの２つの実施形態に対しても当てはまる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個の相導体を含む超伝導ケーブルと、前記３個の相導体を囲むクライオスタットとを有する伝送システムであって、前記クライオスタットは、冷媒が通る空間を取り囲むものであり、前記３個の相導体に対して１つの共通の中性導体が設けられており、上記クライオスタットは、周面側が閉じている断熱されたカバーから成り、
前記中性導体（１１）は、それ自体公知の形式で常伝導材料から成るものであり、かつ、クライオスタット（ＫＲ）の外側に配置されており、
前記中性導体（１１）は、絶縁の施された円形導体として構成されており、かつ、クライオスタット（ＫＲ）の傍らに配置されている、伝送システム。
【請求項２】
前記中性導体（１１）は、別箇の保護管（１２）内に配置されている、請求項１に記載の伝送システム。
【請求項３】
前記３個の相導体（１，２，３）は、相互に絶縁された状態であり、かつ相互に同心的に配置されている、請求項１または２に記載の伝送システム。
【請求項４】
前記の３個の相導体（１，２，３）は、１つの絶縁部により包囲された、相互に別箇の導体として構成されている、請求項１または２に記載の伝送システム。
【請求項１】
３個の相導体を含む超伝導ケーブルと、前記３個の相導体を囲むクライオスタットとを有する伝送システムであって、前記クライオスタットは、冷媒が通る空間を取り囲むものであり、前記３個の相導体に対して１つの共通の中性導体が設けられており、上記クライオスタットは、周面側が閉じている断熱されたカバーから成り、
前記中性導体（１１）は、それ自体公知の形式で常伝導材料から成るものであり、かつ、クライオスタット（ＫＲ）の外側に配置されており、
前記中性導体（１１）は、絶縁の施された円形導体として構成されており、かつ、クライオスタット（ＫＲ）の傍らに配置されている、伝送システム。
【請求項２】
前記中性導体（１１）は、別箇の保護管（１２）内に配置されている、請求項１に記載の伝送システム。
【請求項３】
前記３個の相導体（１，２，３）は、相互に絶縁された状態であり、かつ相互に同心的に配置されている、請求項１または２に記載の伝送システム。
【請求項４】
前記の３個の相導体（１，２，３）は、１つの絶縁部により包囲された、相互に別箇の導体として構成されている、請求項１または２に記載の伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２３８６１３（Ｐ２０１１−２３８６１３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４３９１（Ｐ２０１１−１０４３９１）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（５０１０４４７２５）ネクサン (81)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（５０１０４４７２５）ネクサン (81)
【Ｆターム（参考）】
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