專利名稱：超導(dǎo)設(shè)備的能量引出結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳送電能的電能饋送結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在超導(dǎo)設(shè)備中的低溫側(cè)和室溫側(cè)之間。本發(fā)明還涉及一種裝備有該電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜線。更具體地說，本發(fā)明涉及一種電能饋送結(jié)構(gòu)，該電能饋送結(jié)構(gòu)被設(shè)置在超導(dǎo)設(shè)備中并能夠容易地改變將被饋送的電能。
背景技術(shù)：
各種類型的超導(dǎo)設(shè)備已被研究，其中通過用冷卻劑冷卻，可以使由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)部分顯示出超導(dǎo)狀態(tài)，由此減小或基本上消除電阻。例如，這種超導(dǎo)設(shè)備之一是具有超導(dǎo)導(dǎo)體和超導(dǎo)屏蔽層的超導(dǎo)電纜，以及其他例子是超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器以及超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)(SMES)裝置，其中設(shè)置超導(dǎo)線圈。在這種超導(dǎo)設(shè)備中，通常在超導(dǎo)部分的端部，形成用于在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間輸入和輸出電能的饋送結(jié)構(gòu)，亦即，在超導(dǎo)導(dǎo)體或超導(dǎo)線圈的端部。例如，在圖7所示的超導(dǎo)電纜中，形成如圖8(A)和8(B)所示的饋送結(jié)構(gòu)。圖7示意地示出了一個(gè)低溫類型中的三芯超導(dǎo)電纜的截面，以及圖8示出了用于一個(gè)低溫類型中的三芯超導(dǎo)電纜的端子結(jié)構(gòu)；具體地，圖8(A)表示在AC電線的情況中的端子結(jié)構(gòu)，以及圖8(B)表示DC電線的情況中的端子結(jié)構(gòu)。
超導(dǎo)電纜100被構(gòu)造為在隔熱導(dǎo)管101中布置三個(gè)電纜芯線102。每個(gè)線芯102包括從中心依次布置的線圈架200、第一超導(dǎo)層201、電絕緣層202、第二超導(dǎo)層203以及保護(hù)層204。第一超導(dǎo)層201和第二超導(dǎo)層203每個(gè)由超導(dǎo)材料制成。在三相AC輸電的情況下，例如，每個(gè)線芯102的第一超導(dǎo)層201被用作超導(dǎo)導(dǎo)體，以及每個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203被用作超導(dǎo)屏蔽層。在雙極DC輸電的情況下，例如，一個(gè)線芯102的第一超導(dǎo)層201被用作正極端線，以及另一線芯102的第一超導(dǎo)層201被用作負(fù)極端線，而這兩個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203被用作中性線以及剩余的線芯被用作備用線。在單極DC輸電的情況下，例如，一個(gè)線芯的第一超導(dǎo)層201被用作出線，相同線芯的第二超導(dǎo)層203被用作回線，以及剩余的線芯被用作備用線。
在使用上述超導(dǎo)電纜的超導(dǎo)電纜線的端部形成用于連接低溫側(cè)和室溫側(cè)的端子結(jié)構(gòu)(例如，參見，專利文獻(xiàn)1)。如圖8(A)和8(B)所示，通過超導(dǎo)電纜100的端部和包含該電纜端部的端子盒300構(gòu)成該端子結(jié)構(gòu)。該端子盒300包括端子冷卻劑容器301和302，其中包含線芯102的端部，以及包括端子真空隔熱容器303，被布置為圍繞端子冷卻劑容器301和302的外周邊。每個(gè)線芯102的端部被漸進(jìn)地剝離，以使第一超導(dǎo)層201和第二超導(dǎo)層203相繼露出，露出的層201和203分別被引入到端子冷卻劑容器301和302。具有由銅制成的內(nèi)置引線部分311的襯套310被連接到第一超導(dǎo)層201。在襯套310的室溫側(cè)布置瓷管312。通過該襯套310，可以從低溫側(cè)至室溫側(cè)或從室溫側(cè)至低溫側(cè)饋送電能。在部分第一超導(dǎo)層201周圍布置環(huán)氧樹脂單元313，該部分位于端子冷卻劑容器301和302之間的邊界周圍。
當(dāng)使用上述超導(dǎo)電纜線執(zhí)行AC輸電時(shí)，第二超導(dǎo)層203需要接地。為此，如圖8(A)所示，三個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203通過短路部件210互相連接，以及接地線211被連接到該短路部件210，以便提供接地。接地線211穿過冷卻劑容器302的壁和真空熱絕緣容器303引出到具有室溫的外部，并被接地。另一方面，當(dāng)執(zhí)行單極DC輸電時(shí)，第二超導(dǎo)層203用作回線導(dǎo)體，電流一直流過它，其幅度可與流過第一超導(dǎo)層201的電流相當(dāng)。以及，當(dāng)執(zhí)行雙極DC輸電時(shí)，第二超導(dǎo)層203被用作中性線，通過其流動(dòng)不平衡的電流。因此，在DC輸電的情況下，如圖8(B)所示，襯套221中內(nèi)置的引線部分222被連接到三個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203，并通過短路部件220互相連接，以及襯套221的端部被引出到具有室溫的外部。注意盡管實(shí)際上存在三個(gè)線芯，但是在圖8(A)和8(B)中僅僅示出了兩個(gè)電纜芯線102。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請公開號2002-238144發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題盡管目前輸電線和配電線主要構(gòu)成用于AC輸電，但是考慮到傳輸容量和傳輸損耗，DC輸電是更加有利的。因此，存在需要從AC電線至DC電線轉(zhuǎn)換的可能性。在此情況下，電纜本身可以容易地從AC輸電使用轉(zhuǎn)變?yōu)镈C輸電使用。但是，由于AC線的端子結(jié)構(gòu)不同于DC線的端子結(jié)構(gòu)，如圖8(A)和8(B)所示，因此將AC電線照原樣轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電線是困難的，因?yàn)樵贏C電線和DC電線之間，流過第二超導(dǎo)層的電流是不同的。
在AC電線中，因?yàn)榱鬟^連接到第二超導(dǎo)層的地線的電流較小，相對于其導(dǎo)電部分，接地線的截面面積可能較小。另一方面，在DC電線中，當(dāng)流過第二超導(dǎo)層的電流基本上具有與流過第一超導(dǎo)層的電流相同數(shù)量時(shí)，連接到第二超導(dǎo)的引線部分被設(shè)計(jì)成允許電流流過引線部分并要求其導(dǎo)體部分具有大的截面面積。因此，即使AC電線中使用的地線被用作DC電線中的引線部分，對于流過該引線部分所需電流幾乎是不可能的。相反，當(dāng)DC電線被要求更改為AC電線，通過采用DC電線中的引線部分可以獲得地電位，但是缺點(diǎn)是通過引線部分過度的熱滲透增加，因?yàn)镈C電線中的引線部分的截面面積較大。此外，在每個(gè)電線的相對端設(shè)置的端子結(jié)構(gòu)中，在某些情況下，AC電線中的地線僅僅被連接到一個(gè)相對側(cè)，而DC電線中的引線部分一直設(shè)置在兩個(gè)相對端部。因此，當(dāng)AC電線改變?yōu)镈C電線時(shí)，在此情況下，在該電線的一端必須重新設(shè)置引線部分；而當(dāng)DC電線改變?yōu)锳C電線時(shí)，在該電線的一端的引線變得沒有必要，并發(fā)生如上所述的過量熱滲透的增加。
此外，在襯套中內(nèi)置的引線部分的截面面積被設(shè)計(jì)為提供希望的電能或允許希望的電流流過該引線部分。為此，如果之后改變該所需的電能，那么不能根據(jù)電能的改變，容易地修改襯套中內(nèi)置的引線部分，以及相對于新的需要，該引線部分的容量可能過量或不足。因此，希望研發(fā)一種結(jié)構(gòu)，其中可以容易地改變可饋送的電能量，而不導(dǎo)致熱滲透的過量增加。不僅相對于超導(dǎo)電纜，而且相對于其他超導(dǎo)設(shè)備如超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器件，能改變可饋送的電能量的這種結(jié)構(gòu)是希望的。
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠容易地改變可饋送的電能量，從低溫側(cè)至室溫側(cè)或從室溫側(cè)至低溫側(cè)，沒有過分地增加熱損耗。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有該電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜。
解決問題的方法在本發(fā)明中，通過使饋送導(dǎo)體部件具有可拆卸/可連接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上述目的，該饋送導(dǎo)體部件被布置在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間。亦即，本發(fā)明提供一種用于在超導(dǎo)設(shè)備中的低溫側(cè)和室溫側(cè)之間輸入和輸出電能的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中該電能饋送結(jié)構(gòu)包括冷卻劑容器，該冷卻劑容器包含該超導(dǎo)設(shè)備的超導(dǎo)部分；被布置為圍繞該冷卻劑容器的外周邊的真空隔熱容器；以及具有在室溫側(cè)中布置的一端和具有連接到超導(dǎo)部分的另一端并能在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間導(dǎo)電的饋送導(dǎo)體部件。該饋送導(dǎo)體包括連接到超導(dǎo)部分的低溫側(cè)導(dǎo)體和布置在室溫側(cè)中的室溫側(cè)導(dǎo)體，該低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相可拆卸地連接。下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于具有由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)部分的各種類型的超導(dǎo)設(shè)備。超導(dǎo)設(shè)備的例子包括超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)器件等。在超導(dǎo)電纜的情況下，超導(dǎo)部分包括，例如，圍繞第一超導(dǎo)層同軸地布置的第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層。在超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器等等的情況下，超導(dǎo)部分是，例如，超導(dǎo)線圈或超導(dǎo)故障限流元件，每個(gè)由超導(dǎo)材料制成。
超導(dǎo)部分被包含在冷卻劑容器中。該冷卻劑容器利用用于冷卻的冷卻劑填充并保持超導(dǎo)部分處于超導(dǎo)狀態(tài)。該冷卻劑是，例如，液態(tài)氮、液態(tài)氫或液態(tài)氦。在該冷卻劑容器周圍，設(shè)置真空隔熱容器，以便覆蓋該冷卻劑容器。該真空隔熱容器的內(nèi)部空間被抽空為預(yù)定的真空度。此外，在該真空隔熱容器中可以布置隔熱材料如超絕緣體(多層熱絕緣的商品名)，以反射輻射熱。該冷卻劑容器和真空熱絕緣容器的每一個(gè)優(yōu)選由金屬制成，例如，由具有優(yōu)越強(qiáng)度的不銹鋼制成。
該電能饋送結(jié)構(gòu)包括能夠在低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體之間建立導(dǎo)電的饋送導(dǎo)體，以便流過冷卻劑容器中包含的超導(dǎo)部分的電流被輸出，以流入室溫側(cè)或從室溫輸入電流，以流入該超導(dǎo)部分。該饋送導(dǎo)體具有在室溫側(cè)中布置的一端和連接到超導(dǎo)部分的另一端。本發(fā)明的最重要特點(diǎn)在于，該饋送導(dǎo)體由互相能夠可拆卸地連接的分開部分組成。更具體地說，該饋送導(dǎo)體包括多個(gè)分開的部件，即，電連接到超導(dǎo)部分的低溫側(cè)導(dǎo)體和布置在室溫側(cè)中的室溫側(cè)導(dǎo)體。通過選擇性地連接或分離該分開的部件，可以改變饋送導(dǎo)體的有效導(dǎo)體截面面積。亦即，當(dāng)饋送導(dǎo)體部件的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體被連接在一起時(shí)，該饋送導(dǎo)體部件進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，因而按設(shè)計(jì)獲得預(yù)定值的有效導(dǎo)體截面面積。當(dāng)?shù)蜏貍?cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體被互相斷開時(shí)，該饋送導(dǎo)體部件進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)，因而導(dǎo)電狀態(tài)中的有效導(dǎo)體截面面積變?yōu)榱?。由此，在提供具有相同截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件的情況中，例如，可以根據(jù)多個(gè)饋送導(dǎo)體部件的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體之間的連接數(shù)目改變導(dǎo)電狀態(tài)中的有效導(dǎo)體截面面積。因此，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要的電能(電流)，改變該連接饋送導(dǎo)體的數(shù)目。例如，當(dāng)所需的電能較大時(shí)，該連接饋送導(dǎo)體的數(shù)目增加。當(dāng)所需的電能較小時(shí)，該連接饋送導(dǎo)體的數(shù)目被減小。在那時(shí)，通過使該不必要的饋送導(dǎo)體部件的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，可以充分地避免斷開狀態(tài)中的通過饋送導(dǎo)體部件的熱滲透的增加。
盡管通過提供具有相同導(dǎo)體截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件，和如上所述改變其連接數(shù)目，可以整體上改變導(dǎo)電狀態(tài)中的饋送導(dǎo)體部件的有效導(dǎo)體截面面積，可以代替通過提供具有不同截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件和選擇由將被連接的一個(gè)或多個(gè)饋送導(dǎo)體部件給出的導(dǎo)體截面面積，整體上改變導(dǎo)電狀態(tài)中的饋送導(dǎo)體部件的有效導(dǎo)體截面面積。更具體地說，例如，設(shè)置具有大截面面積的饋送導(dǎo)體和具有小截面面積的饋送導(dǎo)體，以便可以根據(jù)所需的電能(電流)，有選擇地連接具有大截面面積的饋送導(dǎo)體和具有小截面面積的饋送導(dǎo)體。在此情況下，通過使不必要的饋送導(dǎo)體部件的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，可以防止斷開狀態(tài)中通過該饋送導(dǎo)體部件的熱滲透增加。
因此，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，可以有效地防止由于熱滲透的損失，因?yàn)榭梢皂憫?yīng)于需要，容易地改變有效的導(dǎo)體截面面積，同時(shí)可以避免通過饋送導(dǎo)體部件發(fā)生熱滲透的，其中低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體不被連接在一起。
優(yōu)選，饋送導(dǎo)體部件的截面面積和長度被選為可以最小化由于電能供應(yīng)而產(chǎn)生的總損耗，如焦耳損耗，和由于熱滲透的損耗。具體，當(dāng)設(shè)置多個(gè)饋送導(dǎo)體時(shí)，每個(gè)饋送導(dǎo)體的截面面積和長度優(yōu)選被設(shè)為具有截面面積S與長度d的恒定比率(S/d)。因此，優(yōu)選當(dāng)流過饋送導(dǎo)體的電流較小時(shí)，從抑制溫度上升的觀點(diǎn)，導(dǎo)體截面面積和長度分別被設(shè)為較小和較短，而當(dāng)流過該饋送導(dǎo)體的電流較大時(shí)，該導(dǎo)體截面面積被設(shè)為較大，以及導(dǎo)體長度被設(shè)為較長，旨在保證隔熱。通過增加饋送導(dǎo)體部件的數(shù)目，可以總體上增加饋送導(dǎo)體部件的有效導(dǎo)體截面面積。因此，通過以組合方式使用每個(gè)具有小截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件，在縱向上可以減小每個(gè)饋送導(dǎo)體部件的尺寸，以便總體上增加饋送導(dǎo)體部件的有效導(dǎo)體截面面積。換句話說，如果該比率S/d是恒定的，那么可以使用每個(gè)具有小截面面積和短長度的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件，代替具有大截面面積和較長長度的饋送導(dǎo)體部件。
該饋送導(dǎo)體不局限于在縱向上具有均勻截面面積的導(dǎo)體，而是，它可以具有在縱向上有不同截面面積的形狀或可以通過在縱向中使用不同的材料來形成。該饋送導(dǎo)體可以由具有優(yōu)越導(dǎo)電性的材料制成，如銅、銅合金、鋁或鋁合金。在通過使用在縱向上不同的材料形成該饋送導(dǎo)體部件的情況下，可以使用從上述金屬組當(dāng)中選擇的至少兩種材料。
該低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)可以是，例如，室溫側(cè)導(dǎo)體是棒形的，以及低溫側(cè)導(dǎo)體具有能嚙合該棒形室溫側(cè)導(dǎo)體的管形形狀。通過將該棒形室溫側(cè)導(dǎo)體插入管狀低溫側(cè)導(dǎo)體中，該低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體可以被互相連接。該低溫側(cè)導(dǎo)體和該室溫側(cè)導(dǎo)體的至少一個(gè)可以設(shè)有彈性接觸片，通過該彈性接觸片，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體被裝配到低溫側(cè)導(dǎo)體時(shí)，該低溫側(cè)和室溫側(cè)導(dǎo)體可以互相接觸。該彈性接觸片可以被布置在管狀低溫側(cè)導(dǎo)體的內(nèi)周邊表面上或布置在棒形室溫側(cè)導(dǎo)體的外周邊表面上，或布置在兩個(gè)導(dǎo)體的各自的周邊表面上。這種管狀接觸部件可以通過使用，例如，Multicontact(商品名)或市場上可買到的所謂郁金香狀(tulip)接觸來構(gòu)成，該郁金香狀接觸作為用于連接導(dǎo)體的連接器。該郁金香狀接觸是所形成的管狀部件，以便在接收插入的棒形部件的側(cè)面上的部分管狀部件被多個(gè)縱向縫隙分為分裂片，以及該分裂片在管狀部件的開口端徑向地收縮，以形成彎曲部分，由此過彎曲部分的彈性，該管狀部件和棒形部件通被互相連接。該室溫側(cè)導(dǎo)體的尺寸被調(diào)整，以便具有希望的截面面積。實(shí)際上，該室溫側(cè)導(dǎo)體可以具有在縱向上有均勻截面面積的形狀，或在縱向上有部分不同的截面面積的形狀。此外，在縱向上，該室溫側(cè)導(dǎo)體可以由各種材料制成。低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體可以由同一種導(dǎo)電材料或不同的導(dǎo)電材料制成。
低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體可以被如下布置。該低溫側(cè)導(dǎo)體具有位于冷卻劑容器中的一端和位于真空隔熱容器中的另一端。該低溫側(cè)導(dǎo)體的一端位于冷卻劑容器中，以及另一端位于真空隔熱容器中。這種布置可以通過以下手段來實(shí)現(xiàn)在冷卻劑容器中固定低溫側(cè)導(dǎo)體，以便連接到超導(dǎo)部分的低溫側(cè)導(dǎo)體的一端被放置在冷卻劑容器中，以及該低溫側(cè)導(dǎo)體的另一端被放置為凸出到真空隔熱容器中，以及通過將室溫側(cè)導(dǎo)體固定在真空隔熱容器中，以便室溫側(cè)導(dǎo)體的一端被放置在真空隔熱容器中，以及在室溫下室溫側(cè)導(dǎo)體的另一端被放置為凸出到外部。在此情況下，在冷卻劑容器的壁中固定低溫側(cè)導(dǎo)體的位置優(yōu)選不僅設(shè)有足以防止冷卻劑從冷卻劑容器泄漏到真空隔熱容器的密封結(jié)構(gòu)，而且設(shè)有保證該低溫側(cè)導(dǎo)體和冷卻劑容器之間電絕緣的絕緣結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)選在該低溫側(cè)導(dǎo)體的外周邊上形成由電絕緣材料，例如FRP或環(huán)氧樹脂制成的涂層。當(dāng)襯套被布置為從冷卻劑容器延伸到真空隔熱容器時(shí)，也可以采用已知的電能饋送結(jié)構(gòu)中使用的密封結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)。同樣，在該真空隔熱容器中，固定該室溫側(cè)導(dǎo)體的位置優(yōu)選不僅設(shè)有足以防止真空隔熱容器的真空狀態(tài)被破壞的密封結(jié)構(gòu)，而且設(shè)有隔熱結(jié)構(gòu)和用于保證室溫導(dǎo)體和冷卻劑容器之間電絕緣的絕緣結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)選在該室溫側(cè)導(dǎo)體的外周邊周圍，形成由具有優(yōu)越的電絕緣性和隔熱性的材料如FRP或環(huán)氧樹脂制成的涂層。此外，包含在其中填充的絕緣流體，例如，包含絕緣氣體的瓷管等等可以被布置來圍繞該室溫側(cè)導(dǎo)體的突出部分的周邊，該室溫側(cè)導(dǎo)體從真空隔熱容器當(dāng)中突出到室溫側(cè)中。
在該真空隔熱容器的壁中，能夠根據(jù)室溫側(cè)導(dǎo)體從低溫側(cè)導(dǎo)體分離/固定到低溫側(cè)導(dǎo)體而膨脹和收縮的可膨脹/可收縮部分，設(shè)置在固定該室溫側(cè)導(dǎo)體的位置附近，使得在低溫側(cè)導(dǎo)體固定到冷卻劑容器以及室溫側(cè)導(dǎo)體固定到真空隔熱容器的狀態(tài)下，布置在真空隔熱容器中的室溫側(cè)導(dǎo)體的一端遠(yuǎn)離或朝向布置在真空隔熱容器中的低溫側(cè)導(dǎo)體的相對近端而移動(dòng)。該可膨脹/可收縮部分可以通過使用，例如，具有優(yōu)越的柔韌性的中空管構(gòu)成。
利用如上所述的結(jié)構(gòu)，通過將室溫側(cè)導(dǎo)體的一端連接到低溫側(cè)導(dǎo)體的相對端，饋送導(dǎo)體部件進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，由此允許在低溫溫度部件和室溫部件之間饋送電能。此外，通過將室溫側(cè)導(dǎo)體的一端與低溫側(cè)導(dǎo)體的相對端斷開，在低溫溫度部件和室溫部件之間，該饋送導(dǎo)體部件進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)，由此防止熱量通過該饋送導(dǎo)體部件從室溫側(cè)滲透到低溫側(cè)。具體，利用上述結(jié)構(gòu)，由于在其中，在低溫溫度下，真空隔熱容器在下保持真空狀態(tài)的條件下，該室溫側(cè)導(dǎo)體被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體和從低溫側(cè)導(dǎo)體分離，該真空隔熱容器能夠連續(xù)地保持高隔熱性能。此外，由于避免已被抽空為真空狀態(tài)的真空隔熱容器恢復(fù)室溫，或防止可能由于在饋送導(dǎo)體部件處的固定和分離操作引起的真空狀態(tài)被破壞，因此在固定和操作的時(shí)候，不必降低真空隔熱容器中的溫度或分開地抽成真空。
該低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體的另一布置如下例所示。該低溫側(cè)導(dǎo)體的一端被放置在冷卻劑容器中以及另一端被放置在冷卻劑容器外面，而該室溫側(cè)導(dǎo)體被布置為，通過真空隔熱容器的壁中形成的插入孔插入。該室溫側(cè)導(dǎo)體通過真空隔熱容器中形成的插入孔插入。在該布置中，代替如上所述的保持室溫側(cè)導(dǎo)體一直固定到真空隔熱容器上和將室溫側(cè)導(dǎo)體連接到低溫側(cè)導(dǎo)體或從低溫側(cè)導(dǎo)體斷開，只有當(dāng)在必要時(shí)，室溫側(cè)導(dǎo)體被固定到真空隔熱容器或之后描述輔助真空容器。為此，在真空隔熱容器中形成插入孔，該插入孔允許通過該孔插入室溫側(cè)導(dǎo)體，以及當(dāng)必要時(shí)，通過該插入孔插入室溫側(cè)導(dǎo)體，用于連接到低溫側(cè)導(dǎo)體。在此情況下，該低溫側(cè)導(dǎo)體被固定到冷卻劑容器，以便連接到超導(dǎo)部分的低溫側(cè)導(dǎo)體的一端被放置在冷卻劑容器中，以及低溫側(cè)導(dǎo)體的另一端被放置在冷卻劑容器外面，具體地，另一端被布置為凸出到真空隔熱容器中，或凸出到分開地設(shè)置的輔助隔熱容器中。在冷卻劑容器外面布置真空隔熱容器的情況下，室溫側(cè)導(dǎo)體通過該插入孔插入并被連接到低溫側(cè)，以及在連接之后，該室溫側(cè)導(dǎo)體被固定到真空隔熱容器上。此外，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體不被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體(即，當(dāng)不需要饋送導(dǎo)體時(shí))，通過蓋子等等封閉該插入孔，以保持真空隔熱容器的真空狀態(tài)。該蓋子優(yōu)選由具有低導(dǎo)熱率的FRP或環(huán)氧樹脂制成。在該布置中，當(dāng)?shù)蜏貍?cè)導(dǎo)體被連接到室溫側(cè)導(dǎo)體或從室溫側(cè)導(dǎo)體斷開時(shí)，通過打開蓋子，真空隔熱容器恢復(fù)室溫和常壓(大氣壓)下的狀態(tài)，以及在連接之后(或分離)，它被再次抽空為真空狀態(tài)。
在冷卻劑容器外面布置輔助隔熱容器的情況下，該輔助隔熱容器與真空隔熱容器分開地設(shè)置。更具體地說，以使得從真空隔熱的表面延伸到冷卻劑容器的上述插入孔的內(nèi)部空間可以保持真空狀態(tài)的方式，設(shè)置該輔助隔熱容器。即，在該布置中，輔助隔熱容器被設(shè)置為與真空隔熱容器無關(guān)的真空空間。該插入孔可以用以下步驟形成制備管狀部件；在該真空隔熱容器和冷卻劑容器中鉆孔，以便與該管狀部件的相反端部的開口匹配；以及將該管狀部件的開口耦合到冷卻劑容器和真空隔熱容器的各自的孔。為了增加隔熱性，優(yōu)選，通過使用具有優(yōu)越強(qiáng)度的材料，例如，金屬，該管狀部件形成有較薄的壁厚度，以及其外周邊用由具有優(yōu)越隔熱性的材料，例如，環(huán)氧樹脂制成的涂層覆蓋，以及由此形成的管狀部件布置有在真空隔熱容器的壁側(cè)面上布置的涂層側(cè)面。該輔助隔熱容器至少包括插入孔的內(nèi)部空間。例如，該輔助隔熱容器的長度可以根據(jù)室溫側(cè)導(dǎo)體的長度而變化，以及該輔助隔熱容器可以被布置為部分地凸出到真空隔熱容器中。而且，該輔助隔熱容器被設(shè)置為圍繞室溫側(cè)導(dǎo)體的大部分外周邊形成真空層，除了在室溫下放置在外部的其部分之外。在該輔助隔熱容器中形成第二插入孔，允許室溫側(cè)導(dǎo)體通過該孔插入，以及當(dāng)必要時(shí)，該室溫側(cè)導(dǎo)體通過該插入孔和第二插入孔插入并被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體。在該連接之后，該室溫側(cè)導(dǎo)體被固定到輔助隔熱容器。此外，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體不被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體(即，當(dāng)不需要饋送導(dǎo)體時(shí))，例如，通過由FRP或環(huán)氧樹脂制成蓋子等等封閉第二插入孔，以保持輔助隔熱容器的真空狀態(tài)。在該布置中，當(dāng)?shù)蜏貍?cè)導(dǎo)體被連接到室溫側(cè)導(dǎo)體或從室溫側(cè)導(dǎo)體斷開時(shí)，通過打開蓋子，僅僅該輔助隔熱容器恢復(fù)室溫和常壓(大氣壓)下的狀態(tài)，以及在該連接之后(或分離)，它僅僅被再次抽空為真空狀態(tài)。由此，該饋送導(dǎo)體可以被連接和拆開，同時(shí)該真空隔熱容器保持真空狀態(tài)。
此外，在包括該真空隔熱容器的壁中形成的插入孔的上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選，該冷卻劑容器被構(gòu)造為，固定低溫側(cè)導(dǎo)體的部分不僅僅具有足以防止冷卻劑從冷卻劑容器泄漏到真空隔熱容器和輔助隔熱容器的密封結(jié)構(gòu)，而且具有用于保證低溫側(cè)導(dǎo)體和冷卻劑容器之間電絕緣的絕緣結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)選在圍繞低溫側(cè)導(dǎo)體的外周邊的位置處形成由電絕緣材料，例如，由FRP或環(huán)氧樹脂制成的涂層。當(dāng)襯套被布置為從冷卻劑容器延伸到真空隔熱容器時(shí)，也可以采用已知的電能饋送結(jié)構(gòu)中使用的密封結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)。優(yōu)選，該真空隔熱容器和輔助隔熱容器被構(gòu)造為，固定室溫側(cè)導(dǎo)體的部分不僅僅具有能夠防止在該容器被抽空之后真空隔熱容器和輔助隔熱容器的真空狀態(tài)被破壞的密封結(jié)構(gòu)，而且具有保證該室溫側(cè)導(dǎo)體和冷卻劑容器之間或該室溫側(cè)導(dǎo)體和輔助隔熱容器之間電絕緣的絕緣結(jié)構(gòu)。例如，優(yōu)選在該室溫側(cè)導(dǎo)體的外周邊上，形成由具有優(yōu)越的電絕緣性和隔熱性的材料例如FRP或環(huán)氧樹脂制成的涂層。此外，可以布置包含在其中填充的絕緣流體，例如，包含絕緣氣體的瓷管等等，以便圍繞該室溫側(cè)導(dǎo)體的突出部分的周邊，該室溫側(cè)導(dǎo)體從真空隔熱容器或輔助隔熱容器突出到室溫側(cè)中。
在包括插入孔的結(jié)構(gòu)中，如其中室溫側(cè)導(dǎo)體被一直固定到真空隔熱容器的上述結(jié)構(gòu)中，通過該插入孔，插入室溫側(cè)導(dǎo)體的一端并連接到低溫側(cè)導(dǎo)體，以便使饋送導(dǎo)體部件導(dǎo)電，可以執(zhí)行低溫溫度元件和室溫元件之間的電能饋送。此外，通過該插入孔撤回該室溫側(cè)導(dǎo)體，以便從低溫側(cè)導(dǎo)體斷開，在低溫溫度部件和室溫部件之間，饋送導(dǎo)體部件進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)，由此防止熱量通過該饋送導(dǎo)體部件從室溫側(cè)滲透到低溫側(cè)。
在通過使用超導(dǎo)電纜構(gòu)成電纜線的情況中，在電纜線的終端形成的端子結(jié)構(gòu)中，可以采用如上所述的饋送導(dǎo)體部件，超導(dǎo)電纜是超導(dǎo)設(shè)備的一個(gè)例子。特別，當(dāng)該超導(dǎo)電纜具有由兩個(gè)層形成的超導(dǎo)部分時(shí)，該兩個(gè)層包括第一超導(dǎo)層和相對于第一超導(dǎo)層同軸地布置的第二超導(dǎo)層，電絕緣層布置在第一和第二超導(dǎo)層之間，優(yōu)選上述饋送導(dǎo)體被設(shè)置在第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層的至少一個(gè)處。即，可以僅僅為第一超導(dǎo)層，或僅僅為第二超導(dǎo)層，或?yàn)榈谝怀瑢?dǎo)層和第二超導(dǎo)層設(shè)置該饋送導(dǎo)體。
例如，當(dāng)該饋送導(dǎo)體部件被設(shè)置在第二超導(dǎo)層處時(shí)，通過在饋送導(dǎo)體部件處的固定或分離操作，將有效的導(dǎo)體截面面積改變?yōu)檫m當(dāng)?shù)某叽?，可以容易地?zhí)行從AC輸電線至DC輸電線或從DC輸電線至AC輸電線的轉(zhuǎn)變。在這種情況下，通過將不必要的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相斷開，可以防止熱量通過該斷開的饋送導(dǎo)體滲透。此外，在為第一和第二超導(dǎo)層都設(shè)置饋送導(dǎo)體部件的情況下，不僅可以執(zhí)行輸電類型的上述改變，而且當(dāng)電能的需要變化時(shí)，通過饋送導(dǎo)體部件的固定或分離操作，將有效的導(dǎo)體截面面積改變?yōu)檫m當(dāng)?shù)某叽?，按需要電能饋送量既不太多也不太小。此外，在這種情況下，如上述情況，通過斷開該不必要的饋送導(dǎo)體部件，可以防止熱量通過該斷開的饋送導(dǎo)體部件滲透。
此外，當(dāng)使用超導(dǎo)電纜構(gòu)成電纜線時(shí)，超導(dǎo)電纜是超導(dǎo)設(shè)備的一個(gè)例子，可以在該電纜線的任意中間位置設(shè)置該饋送導(dǎo)體部件。通過在該電線的中間位置設(shè)置的饋送導(dǎo)體部件的固定或分離操作，將有效的導(dǎo)體截面面積改變?yōu)檫m當(dāng)?shù)某叽?，可以根?jù)負(fù)載數(shù)量改變可饋送的電能，或進(jìn)行修改，以便遵從輸配電路徑的變化。在這種情況下，如上述情況，不必要的饋送導(dǎo)體部件被斷開，以防止熱滲透的增加。從保證絕緣的視點(diǎn)，優(yōu)選其中在電線的中間位置設(shè)置饋送導(dǎo)體部件的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于低壓輸電線(配電線)，該電線較易于形成絕緣結(jié)構(gòu)。
被應(yīng)用于超導(dǎo)設(shè)備的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的更具體例子是通過在隔熱導(dǎo)管中布置一個(gè)或多個(gè)電纜芯線構(gòu)成的超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)。該隔熱導(dǎo)管具有雙壁結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管，例如，內(nèi)和外導(dǎo)管之間的空間被抽空為真空狀態(tài)。在內(nèi)部導(dǎo)管的外周邊周圍可以通過纏繞隔熱材料例如Superinsulation(多層隔熱的商品名)形成隔熱層。優(yōu)選，通過具有優(yōu)越的柔韌性并由金屬例如具有優(yōu)越強(qiáng)度的不銹鋼制成的波紋管構(gòu)成該隔熱導(dǎo)管。每個(gè)電纜芯線包括線圈架200、第一超導(dǎo)層201、電絕緣層202、第二超導(dǎo)層203以及保護(hù)層204。在電絕緣層的內(nèi)周邊側(cè)面上(或第一超導(dǎo)層的外周邊側(cè)面)或在電絕緣層的外周邊側(cè)面上(或第二超導(dǎo)層的內(nèi)周邊側(cè)面)可以設(shè)置半導(dǎo)電層。本發(fā)明可以利用具有在隔熱導(dǎo)管中布置的一個(gè)電纜芯線的單芯電纜或具有布置在隔熱導(dǎo)管中的多個(gè)電纜芯線的多芯電纜。在其中包含電纜芯線的內(nèi)部導(dǎo)管內(nèi)，由線芯的外周邊和內(nèi)部導(dǎo)管的內(nèi)周邊限定的空間用作用于冷卻劑的通道，該冷卻劑用于冷卻超導(dǎo)部分(即，第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層)。冷卻劑的一個(gè)例子是液態(tài)氮。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，由于饋送導(dǎo)體部件被分為兩個(gè)部分低溫側(cè)和室溫側(cè)，以便兩個(gè)部分互相可以可拆卸地連接，如上所述可以容易地改變有效的導(dǎo)體截面面積。亦即，通過在饋送導(dǎo)體部件中將低溫側(cè)部分和室溫側(cè)部分連接在一起，獲得希望的有效導(dǎo)體截面面積，由此允許輸電；通過將這些部分互相斷開，防止通過該饋送導(dǎo)體部件的熱滲透。當(dāng)在超導(dǎo)電纜線中采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以容易地執(zhí)行，例如，從AC電線至DC電線或從DC電線至AC電線的改變。此外，如果在超導(dǎo)電纜線中采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，通過借助于饋送導(dǎo)體部件的固定或分離操作，改變有效的導(dǎo)體截面面積，可以響應(yīng)于需要饋送電能，而不導(dǎo)致熱滲透的過量增加。而且，通過在超導(dǎo)電纜線的任意位置設(shè)置本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以容易地進(jìn)行電能饋送位置的改變，例如，路徑改變。
此外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不僅可以被應(yīng)用于超導(dǎo)電纜，而且可以被應(yīng)用于用于在低溫側(cè)和室溫側(cè)傳輸電能的超導(dǎo)設(shè)備，如超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器以及超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)裝置。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體被固定到真空隔熱容器上的例子。
圖2(A)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中采用的饋送導(dǎo)體部件的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體具有大和長橫截面積的例子，該橫截面積在縱向上是均勻的。
圖2(B)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中采用的饋送導(dǎo)體部件的示意性視圖，該視圖示出了其中該室溫側(cè)導(dǎo)體具有小和短橫截面積的例子，該橫截面積在縱向上是均勻的。
圖2(C)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中采用的饋送導(dǎo)體部件的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體具有在縱向上變化的橫截面積的例子。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體并不總是固定到真空隔熱容器上的例子。
圖4(A)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體并不總是固定到真空隔熱容器上和室溫側(cè)導(dǎo)體為短的例子。
圖4(B)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了其中室溫側(cè)導(dǎo)體并不總是固定到真空隔熱容器上和室溫側(cè)導(dǎo)體為長的例子。
圖5(A)是根據(jù)本發(fā)明設(shè)有電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜的端子部分的示意性視圖，該視圖示出了AC輸電線的例子。
圖5(B)是根據(jù)本發(fā)明設(shè)有電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜的端子部分的示意性視圖，該視圖示出了DC輸電線的例子。
圖6是根據(jù)本發(fā)明設(shè)有電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)變壓器的示意性視圖。
圖7是一個(gè)低溫類型中的三芯超導(dǎo)電纜的示意性剖面圖。
圖8(A)是已知的超導(dǎo)電纜的端子結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了AC輸電線中設(shè)置的端子結(jié)構(gòu)的例子。
圖8(B)是已知的超導(dǎo)電纜線的端子結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了DC輸電線中設(shè)置的端子結(jié)構(gòu)的例子。
參考數(shù)字10超導(dǎo)部分20冷卻劑容器21低溫側(cè)密封部分30真空隔熱容器31室溫側(cè)密封部分32可膨脹/可收縮部分35A，35B插入孔35C第二插入孔36蓋子37輔助隔熱容器38涂層40，40A，40B，40C饋送導(dǎo)體41低溫側(cè)導(dǎo)體42室溫側(cè)導(dǎo)體43引線44接地線50端子盒51，52端子冷卻劑容器53端子真空隔熱容器60襯套61引線部分62瓷管64環(huán)氧樹脂單元70短路部分100超導(dǎo)電纜101隔熱導(dǎo)管101a外導(dǎo)管101b內(nèi)導(dǎo)管
102電纜芯線103空間104抗腐蝕層200線圈架201第一超導(dǎo)層202電絕緣層203第二超導(dǎo)層204保護(hù)層210，220短路部分221地線221襯套(bushing)222引線部分300端子盒301，302端子冷卻劑容器303端子真空隔熱容器310襯套311引線部分312瓷管313環(huán)氧樹脂單元具體實(shí)施方式
下面將描述本發(fā)明的例子。在附圖中，相同的參考數(shù)字表示相同的元件。附圖中所示的尺寸的比例并不總是與以下描述中陳述的那些尺寸相匹配。
(例1)圖1是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖。根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)包括冷卻劑容器20，包含設(shè)置在超導(dǎo)設(shè)備中的超導(dǎo)部分10，真空隔熱容器30，被布置為圍繞冷卻劑容器20的外周邊，以及包括饋送導(dǎo)體40，具有布置在室溫側(cè)中的一端和連接到超導(dǎo)部分10的另一端，該饋送導(dǎo)體40能夠在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間建立導(dǎo)電。根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的最重要特點(diǎn)在于該饋送導(dǎo)體部件40被分為兩個(gè)部分，互相可以可拆卸地連接一個(gè)部分在室溫側(cè)中以及另一部分在低溫側(cè)中。更具體地說，該饋送導(dǎo)體部件40包括低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42，低溫側(cè)導(dǎo)體41被布置在低溫側(cè)中并連接到超導(dǎo)部分10，室溫側(cè)導(dǎo)體42被布置在室溫側(cè)中并能夠可拆卸地連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41。
該超導(dǎo)設(shè)備中設(shè)置的超導(dǎo)部分10由超導(dǎo)材料，例如，基于氧化物的超導(dǎo)材料制成，以及被包含于冷卻劑容器20中。該超導(dǎo)部分10是，例如，超導(dǎo)導(dǎo)體或超導(dǎo)電纜的超導(dǎo)屏蔽層；超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)裝置的超導(dǎo)線圈；或超導(dǎo)故障限流器的超導(dǎo)故障限流元件。使得冷卻劑流過冷卻劑容器20，以便超導(dǎo)部分10被冷卻，以保持其超導(dǎo)狀態(tài)。真空隔熱容器30圍繞冷卻劑容器20布置，以抑制來自外部，即室溫側(cè)的熱滲透。在該例子中，冷卻劑容器20和真空隔熱容器30每個(gè)通過由具有高強(qiáng)度的不銹鋼制成的容器構(gòu)成。此外，隔熱材料例如Superinsulation(多層隔熱的商品名)被布置在真空隔熱容器30內(nèi)，以及真空隔熱容器30的內(nèi)部被抽空至預(yù)定真空度。
在如上所述的超導(dǎo)部分10中，在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間輸入和輸出電能的位置處形成采用饋送導(dǎo)體40的電能饋送結(jié)構(gòu)。在該例子中使用的饋送導(dǎo)體部件40被構(gòu)造為，固定到真空隔熱容器30的室溫側(cè)導(dǎo)體42能夠被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41并從該固定到冷卻劑容器20的低溫側(cè)導(dǎo)體41分開，同時(shí)保持真空隔熱容器30的真空狀態(tài)。因此，利用這種構(gòu)造，當(dāng)饋送導(dǎo)體40被連接和斷開時(shí)，真空隔熱容器30不需要返回室溫和常壓(大氣壓)下的狀態(tài)。
在該例子中，室溫側(cè)導(dǎo)體42由具有預(yù)定截面面積的棒形部件形成，以及低溫側(cè)導(dǎo)體41由能夠嚙合該棒形的室溫側(cè)導(dǎo)體42的管狀部件形成。在該管狀部件的內(nèi)周邊表面上設(shè)置多個(gè)彈性接觸片(未示出)，以便當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42與低溫側(cè)導(dǎo)體41嚙合時(shí)，該低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42借助于該彈性接觸片彼此穩(wěn)固地接觸。在彈性接觸片和室溫側(cè)導(dǎo)體42的外周邊表面相互接觸時(shí)，該低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42每個(gè)由導(dǎo)電材料如銅制成。利用該結(jié)構(gòu)，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42被插入低溫側(cè)導(dǎo)體41中時(shí)，導(dǎo)體41，42被互相電連接，以便可以在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間傳送電能。當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42抽出低溫側(cè)導(dǎo)體41時(shí)，導(dǎo)體41和42進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。
低溫側(cè)導(dǎo)體41被固定到冷卻劑容器20上。更具體地說，低溫側(cè)導(dǎo)體41的一端被電連接到超導(dǎo)部分10，以及低溫側(cè)導(dǎo)體41的連接端側(cè)面部分被放置在冷卻劑容器20內(nèi)。導(dǎo)體41的另一端被布置為凸出到真空隔熱容器30中。在低溫側(cè)導(dǎo)體41被固定到冷卻劑容器20的位置處，圍繞導(dǎo)體41設(shè)置由電絕緣材料如玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)制成的低溫側(cè)密封部分21，以便防止冷卻劑從冷卻劑容器20流到真空隔熱容器30中，以及避免冷卻劑容器20和低溫側(cè)導(dǎo)體41之間的電連接。
該室溫側(cè)導(dǎo)體42被固定到真空隔熱容器30。更具體地說，低溫側(cè)導(dǎo)體42的一端被放置在真空隔熱容器30內(nèi)，以及導(dǎo)體42的另一端被布置為凸出到具有室溫的外部中。在室溫側(cè)導(dǎo)體42被固定到真空隔熱容器30的位置處，圍繞導(dǎo)體42設(shè)置由具有優(yōu)越的電絕緣性和隔熱性的材料如FRP制成的室溫側(cè)密封部分31，以使得真空隔熱容器30的真空狀態(tài)不被破壞，以便防止真空隔熱容器30和室溫側(cè)導(dǎo)體42之間的電連接，以及避免來自外部的熱滲透增加。此外，連接到外部設(shè)備等等的引線43被連接到室溫側(cè)導(dǎo)體42的另一端，該室溫側(cè)導(dǎo)體42被放置在室溫側(cè)中。此外，在室溫側(cè)導(dǎo)體42的室溫側(cè)端部周圍可以布置包含在其中填充的絕緣流體如絕緣氣體的瓷管。包括引線和瓷管的那些結(jié)構(gòu)被類似地應(yīng)用于之后描述的例子2和3。
在固定室溫側(cè)導(dǎo)體42的位置附近的真空隔熱容器30的壁中，設(shè)置可膨脹/可收縮部分32，以便防止當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42朝向低溫側(cè)導(dǎo)體41移動(dòng)或遠(yuǎn)離低溫側(cè)導(dǎo)體41移動(dòng)時(shí)，由于室溫側(cè)42的移動(dòng)，真空隔熱容器30破裂。在該例子中，采用由具有優(yōu)越的強(qiáng)度和柔韌性的不銹鋼制成的波紋管構(gòu)成該可膨脹/可收縮部分32。
在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42被連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41時(shí)，該饋送導(dǎo)體40進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，以及當(dāng)從低溫側(cè)導(dǎo)體41斷開該室溫側(cè)導(dǎo)體42時(shí)，饋送導(dǎo)體40進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。因此，通過改變低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42之間的連接數(shù)目，可以容易地改變饋送導(dǎo)體40的有效導(dǎo)體截面面積。亦即，在本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中，低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42可以被有選擇地連接，以根據(jù)需要的電能(電流)提供有效的導(dǎo)體截面面積，以及在低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42互相斷開的狀態(tài)中，可以保持不必要的饋送導(dǎo)體部件。盡管存在多個(gè)饋送導(dǎo)體部件40，但是可以防止通過不必要的饋送導(dǎo)體部件的熱滲透。因此，本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)使之可以根據(jù)需要，容易地改變導(dǎo)體截面面積，以及防止過量的熱滲透。
關(guān)于該饋送導(dǎo)體的以下描述被類似地應(yīng)用于例子2和3。盡管上面已經(jīng)結(jié)合包括兩個(gè)饋送導(dǎo)體的情況描述了該例子1，但是饋送導(dǎo)體的數(shù)目可以是一個(gè)或三個(gè)或以上。此外，在例子1的結(jié)構(gòu)中，使用在縱向上具有相同截面面積的兩個(gè)饋送導(dǎo)體；當(dāng)在此情況下采用具有相同截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件時(shí)，通過改變由饋送導(dǎo)體部件建立的連接數(shù)目，可以改變導(dǎo)電狀態(tài)中的饋送導(dǎo)體部件的有效導(dǎo)體截面面積。
此外，可以組合設(shè)置具有不同截面面積的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件。例如，一個(gè)饋送導(dǎo)體部件40A可以具有較大的截面面積S1和較長的長度d1，如圖2(A)所示，以及另一饋送導(dǎo)體部件40B可以形成具有較小的截面面積S2和較短的長度d2，如圖2(B)所示。在此情況下，通過選擇將被連接的饋送導(dǎo)體部件，可以改變導(dǎo)電狀態(tài)中的饋送導(dǎo)體的有效導(dǎo)體截面面積。例如，當(dāng)需要大電能(電流)時(shí)，饋送導(dǎo)體部件40A中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被互相連接，而饋送導(dǎo)體部件40B中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42互相斷開。相反，當(dāng)需要小的電能(電流)時(shí)，饋送導(dǎo)體部件40A中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被互相斷開，而饋送導(dǎo)體部件40B中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被互相連接。
具有相同截面面積的多個(gè)饋送部件可以由具有不同導(dǎo)電性的材料制成，以及可以選擇將被連接的饋送導(dǎo)體部件，以便滿足所需的電能(電流)。例如，當(dāng)需要大電能(電流)時(shí)，由具有較高導(dǎo)電性的材料制成的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體被互相連接，而由具有較低導(dǎo)電性的材料制成的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相斷開。相反，當(dāng)需要小電能(電流)時(shí)，由具有較高導(dǎo)電性的材料制成的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體被互相斷開，而由具有較低導(dǎo)電性的材料制成的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相連接。此外也可以設(shè)置在縱向上每個(gè)具有恒定截面面積和由在縱向上具有不同導(dǎo)電性的材料制成的多個(gè)饋送導(dǎo)體部件，以及選擇將被連接的饋送導(dǎo)體部件，由此改變輸入或輸出的電能。
在縱向上，室溫側(cè)導(dǎo)體42的截面面積可以不同，如圖2(c)所示的饋送導(dǎo)體部件40C的情況。饋送導(dǎo)體部件40C的室溫側(cè)導(dǎo)體42具有長度d3并包括具有較小截面面積S31的部分和具有較大截面面積S32的部分。當(dāng)組合采用饋送導(dǎo)體部件40A，40B和40C時(shí)，形成各種類型的饋送導(dǎo)體部件，以在截面面積S和長度d之間具有恒定比率(S/d)。
(例2)與上述的例1的結(jié)構(gòu)不同，其中在該例2的結(jié)構(gòu)中，室溫側(cè)導(dǎo)體被一直固定到真空隔熱容器，以及在之后描述的例子3中，室溫側(cè)導(dǎo)體并不總是固定到真空隔熱容器上。圖3是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，該視圖示出了其中真空隔熱容器具有插入孔的例子，通過該插入孔可以插入室溫側(cè)導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的該例子2中所示的電能饋送結(jié)構(gòu)包括冷卻劑容器20，包含設(shè)置在超導(dǎo)設(shè)備中的超導(dǎo)部分10，真空隔熱容器30，被布置為圍繞冷卻劑容器20的外周邊，以及包括饋送導(dǎo)體部件40，被布置為一端被布置在室溫側(cè)中和另一端被連接到超導(dǎo)部分10，以及能夠在該低溫側(cè)和室溫側(cè)之間建立導(dǎo)電。該饋送導(dǎo)體部件40包括低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42，低溫側(cè)導(dǎo)體41被布置在低溫側(cè)中并連接到超導(dǎo)部分10，室溫側(cè)42被布置在室溫側(cè)中并能夠可拆卸地連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41。低溫側(cè)導(dǎo)體41以一方式固定到冷卻劑容器20上，其一端被放置在冷卻劑容器20內(nèi)以及另一端被布置為凸出到圍繞冷卻劑容器20的外周邊布置的真空隔熱容器30中。在低溫側(cè)導(dǎo)體41被固定到冷卻劑容器20的位置處，設(shè)置低溫側(cè)密封部分21。相對于上述結(jié)構(gòu)，例2類似于例1，而是它與例1的不同之處在于，該例2中使用的饋送導(dǎo)體部件40的室溫側(cè)導(dǎo)體42并不總是被固定在真空隔熱容器30中。下面主要描述其不同點(diǎn)。
該例2中使用的饋送導(dǎo)體部件40具有類似于例1中使用的結(jié)構(gòu)。更具體地說，室溫側(cè)導(dǎo)體42由具有預(yù)定截面面積的棒形部件形成，以及低溫側(cè)導(dǎo)體41由管狀部件形成，該管狀部件具有在其內(nèi)周邊表面上設(shè)置的多個(gè)彈性接觸片(未示出)。因此，與例1一樣，當(dāng)該室溫側(cè)導(dǎo)體42被插入低溫側(cè)導(dǎo)體41中時(shí)，該導(dǎo)體通過彈性接觸片相互連接，由此饋送導(dǎo)體部件40進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。當(dāng)從低溫側(cè)導(dǎo)體41抽出室溫側(cè)導(dǎo)體42時(shí)，該饋送導(dǎo)體40進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。
此外，該例2中的真空隔熱容器30具有貫穿容器30的壁的插入孔35A，以及通過該插入孔35A可以插入室溫側(cè)導(dǎo)體42。為了將室溫側(cè)導(dǎo)體42連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41，通過插入孔35A插入室溫側(cè)導(dǎo)體42，以及在導(dǎo)體之間完成連接之后，在原位固定該室溫側(cè)導(dǎo)體42。在室溫側(cè)導(dǎo)體42的固定位置處，如例1，為了保持真空隔熱容器30的真空狀態(tài)，設(shè)置室溫側(cè)密封部分31。另一方面，當(dāng)從低溫側(cè)導(dǎo)體41分開室溫側(cè)導(dǎo)體42，以使饋送導(dǎo)體40變成斷開狀態(tài)時(shí)，室溫側(cè)導(dǎo)體42不被保持固定到真空隔熱容器30，而是它被放置容器30外面。此時(shí)，通過蓋子36封閉插入孔35A，以保持真空隔熱容器30的真空狀態(tài)。在該例2中，蓋子36由FRP制成。
在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中，當(dāng)通過插入孔35A插入室溫側(cè)導(dǎo)體42并連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41時(shí)，該饋送導(dǎo)體40進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，以及當(dāng)從低溫側(cè)導(dǎo)體41斷開該室溫側(cè)導(dǎo)體42時(shí)，該饋送導(dǎo)體40進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。因此，與例1一樣，通過改變低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42之間的連接數(shù)目，可以容易地改變饋送導(dǎo)體40的有效導(dǎo)體截面面積。由此，通過連接一個(gè)或多個(gè)低溫側(cè)導(dǎo)體41和一個(gè)或多個(gè)室溫側(cè)導(dǎo)體42，以便根據(jù)所需電能，提供有效導(dǎo)體截面面積，以及通過將不必要饋送導(dǎo)體中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42保持處于斷開狀態(tài)，可以防止通過不必要饋送導(dǎo)體部件的熱滲透，盡管存在多個(gè)饋送導(dǎo)體部件40。因此，本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)使之可以根據(jù)需要，容易地改變導(dǎo)體截面面積，以及防止過分的熱滲透。
在該例2中，如上所述設(shè)置兩個(gè)饋送導(dǎo)體部件；但是，該饋送導(dǎo)體部件的數(shù)目可以是一個(gè)或三個(gè)或以上。為了將室溫側(cè)導(dǎo)體連接到低溫側(cè)導(dǎo)體，在打開插入孔的蓋子和將真空隔熱容器的內(nèi)部返回到室溫和正常壓力(大氣壓)的狀態(tài)之后，執(zhí)行該連接操作。優(yōu)選，在連接完成和室溫側(cè)導(dǎo)體42被固定到真空隔熱容器之后，該真空隔熱容器的內(nèi)部被抽空到預(yù)定的真空度。同樣，為了將室溫側(cè)導(dǎo)體和低溫側(cè)導(dǎo)體互相斷開，優(yōu)選真空隔熱容器的內(nèi)部被首先恢復(fù)室溫和常壓的狀態(tài)，然后被抽空到真空狀態(tài)。
(例3)在該例3中，將描述其中除上面的例2中描述的真空隔熱容器之外，分開地設(shè)置輔助隔熱容器的例子。圖4(A)和4(B)是根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的示意性視圖，分別示出其中設(shè)置輔助隔熱容器，以便可以在其中插入室溫側(cè)導(dǎo)體的例子。具體地，圖4(A)示出了室溫側(cè)導(dǎo)體的長度較短的情況，以及圖4(B)示出了室溫側(cè)導(dǎo)體的長度較長的情況。該例3中所示的本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)具有基本上類似于例2的結(jié)構(gòu)，但是與例2的不同之處在于，除從真空隔熱容器30的表面延伸到冷卻劑容器而形成的插入孔35B之外，設(shè)置輔助隔熱容器37，以便保持插入孔35B的內(nèi)部空間處于真空狀態(tài)。下面主要描述其不同點(diǎn)。
在該例3中，如下形成插入孔35B。制備能允許在其中插入低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42的管狀部件。在真空隔熱容器30和冷卻劑容器20的壁中分別形成與管狀部件的開口匹配的孔。使用由具有優(yōu)越強(qiáng)度的不銹鋼制成的導(dǎo)管作為該管狀部件。該管狀部件被布置在真空隔熱容器30和冷卻劑容器20之間。然后，通過焊接等等將該管狀部件的一端的開口固定地耦合真空隔熱容器30的壁中的孔，以及通過焊接等等將管狀部件的另一端的開口固定地耦合到冷卻劑容器20的壁中的孔，由此形成插入孔35B。在該例3中，在插入孔35B的外周邊形成由具有低導(dǎo)熱率的材料制成的涂層38，例如，由FRP制成，亦即，在將被布置在真空隔熱容器30的壁中的側(cè)面，以便可以減小朝向冷卻劑容器20和真空隔熱容器30的熱傳導(dǎo)。
低溫側(cè)導(dǎo)體41被固定到插入孔35B中的冷卻劑容器側(cè)面上。更具體地說，低溫側(cè)導(dǎo)體41的一端被放置在冷卻劑容器20中，以及其另一端被放置在插入孔35B的內(nèi)部空間中(即，在輔助隔熱容器37)內(nèi)，插入孔35B位于冷卻劑容器20外面。在該例3中，在低溫側(cè)導(dǎo)體41周圍設(shè)置由具有優(yōu)越的隔熱性和電絕緣性的材料制成的低溫側(cè)密封部分21，以防止冷卻劑從冷卻劑容器20泄漏到插入孔35B的內(nèi)部空間(即，在輔助隔熱容器37內(nèi))，防止低溫側(cè)導(dǎo)體41被電連接到冷卻劑容器20和插入孔35B，以及減小插入孔35附近的導(dǎo)熱率。
此外，設(shè)置輔助隔熱容器37，以保持插入孔35B的內(nèi)部空間處于真空狀態(tài)。在該例3中，輔助隔熱容器37被構(gòu)造為其一個(gè)部分包括插入孔35B的內(nèi)部空間和其另一部分從真空隔熱容器30的表面突出，如圖4(B)所示。與真空隔熱容器30的情況一樣，該輔助隔熱容器37由不銹鋼制成，以及通過焊接，從真空隔熱容器30突出的輔助隔熱容器37的突出部分被固定到容器30上。在輔助隔熱容器37的上述突出部分中形成通過其可以插入室溫側(cè)導(dǎo)體42的第二插入孔35C。為了將室溫側(cè)導(dǎo)體42連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41，通過第二插入孔35C插入室溫側(cè)導(dǎo)體42，以及在連接之后，在原位固定室溫側(cè)導(dǎo)體42。因此，除了被定位于具有室溫的外部的部分之外，在由此固定的室溫側(cè)導(dǎo)體42周圍存在輔助隔熱容器37。與例1和2一樣，為了保持真空隔熱容器30的真空狀態(tài)的目的，在固定室溫側(cè)導(dǎo)體42的位置處，設(shè)置室溫側(cè)密封部分31。在將室溫側(cè)導(dǎo)體42和低溫側(cè)導(dǎo)體41互相斷開的情況下，與例2一樣，室溫側(cè)導(dǎo)體42不被保持固定在真空隔熱容器30中和放置在容器30外面。那時(shí)，通過由FRP制成的蓋子(未示出)封閉第二插入孔35C，例如，保持真空隔熱容器30的真空狀態(tài)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)中，通過插入孔35B和第二插入孔35C，插入室溫側(cè)導(dǎo)體42并將它連接到低溫側(cè)導(dǎo)體41，饋送導(dǎo)體部件40進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，以及通過將室溫側(cè)導(dǎo)體42與低溫側(cè)導(dǎo)體41斷開，饋送導(dǎo)體部件40進(jìn)入非導(dǎo)電狀態(tài)。由此，與例1和2一樣，本發(fā)明的電能饋送構(gòu)造使之可以根據(jù)需要容易地改變導(dǎo)體截面面積和防止過量的熱滲透。
在該例3中，示出了一個(gè)饋送導(dǎo)體部件；但是，可以與例1和2一樣設(shè)置兩個(gè)饋送導(dǎo)體部件或可以設(shè)置三個(gè)或更多的饋送導(dǎo)體部件。為了將室溫側(cè)導(dǎo)體連接到低溫側(cè)導(dǎo)體，在打開第二插入孔的蓋子和將輔助隔熱容器的內(nèi)部返回到室溫和常壓(大氣壓)的狀態(tài)之后，執(zhí)行連接操作。在將室溫側(cè)導(dǎo)體和低溫側(cè)導(dǎo)體互相連接并將室溫側(cè)導(dǎo)體固定到輔助隔熱容器之后，僅僅輔助隔熱容器的內(nèi)部被抽空到預(yù)定真空度。同樣，為了將室溫側(cè)導(dǎo)體和低溫側(cè)導(dǎo)體互相斷開，僅僅輔助隔熱容器的內(nèi)部被首先恢復(fù)到室溫和常壓的狀態(tài)，然后被抽空到真空狀態(tài)。在該例3中，與例2不同，由于除真空隔熱容器之外分開地設(shè)置輔助隔熱容器，對于饋送導(dǎo)體部件中的連接或拆開操作，僅僅要求抽空其中真空狀態(tài)已經(jīng)被破壞的輔助隔熱容器，同時(shí)真空隔熱容器30可以保持真空狀態(tài)。優(yōu)選，根據(jù)饋送導(dǎo)體部件的尺寸和長度改變該輔助隔熱容器的尺寸。例如，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42為短時(shí)，輔助隔熱容器37的長度(即，在圖4中，從真空隔熱容器30突出的其部件的長度)被設(shè)計(jì)成短的，如圖4(A)所示。例如，當(dāng)室溫側(cè)導(dǎo)體42為長時(shí)，輔助隔熱容器37的長度(即，在圖4中，從真空隔熱容器30突出的其部件的長度)被設(shè)計(jì)成長的，如圖4(B)所示。
(應(yīng)用例1)下面是如本發(fā)明的例1描述的電能饋送構(gòu)造的一個(gè)應(yīng)用例子的說明。該應(yīng)用例1表示根據(jù)本發(fā)明的電能饋送構(gòu)造被形成為用于超導(dǎo)電纜線的端子結(jié)構(gòu)的情況。圖5(A)和5(B)是超導(dǎo)電纜線的端子部分的示意性視圖，在該超導(dǎo)電纜線中設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)。具體地，圖5(A)示出了AC輸電線的情況，以及圖5(B)示出了DC輸電線的情況。
在應(yīng)用例1中，采用由圖7所示的一個(gè)低溫類型中的三芯超導(dǎo)電纜構(gòu)成的電源線。亦即，使用在隔熱導(dǎo)管101中包含三個(gè)電纜芯線102的超導(dǎo)電纜100。每個(gè)線芯102包括從中心依次布置的線圈架200、第一超導(dǎo)層201、電絕緣層202、第二超導(dǎo)層203以及保護(hù)層204。第一超導(dǎo)層201和第二超導(dǎo)層203每個(gè)由超導(dǎo)材料制成，例如，鉍-基氧化物。隔熱導(dǎo)管101具有包括外導(dǎo)管101a和內(nèi)導(dǎo)管101b的雙壁結(jié)構(gòu)，其中兩者都是由不銹鋼制成的波紋管(corrugated pipe)。導(dǎo)管101a和101b之間空間被抽空至預(yù)定真空度并設(shè)有由絕熱材料制成的隔熱層，例如，Superinsulation(多層隔熱的商品名)。內(nèi)導(dǎo)管101b的空間103用作用于流動(dòng)冷卻劑例如液態(tài)氮的冷卻劑通道，以便冷卻第一超導(dǎo)層201和第二超導(dǎo)層203。在隔熱導(dǎo)管101的外周邊上涂敷防蝕層104。注意在圖5(A)和5(B)中僅僅示出了兩個(gè)電纜芯線102，但是事實(shí)上存在三個(gè)芯線。
在使用超導(dǎo)電纜100的電纜線的端子部分中形成如圖5(A)或5(B)所示的端子結(jié)構(gòu)。該端子結(jié)構(gòu)包括超導(dǎo)電纜100的端部和包含電纜端部的端子盒50。該端子盒50包括端子冷卻劑容器51和52，其中包含線芯102的端部，以及包括端子真空隔熱容器53，被布置為圍繞端子冷卻劑容器51和52的外周邊。每個(gè)線芯102的端部以逐漸方式剝離，以相繼露出第一超導(dǎo)層201和第二超導(dǎo)層203，露出的層201和203分別被引入端子冷卻劑容器51和52。在該應(yīng)用例1中，具有由導(dǎo)電材料如銅制成的內(nèi)置引線部分61的襯套60被連接到第一超導(dǎo)層201。在襯套60的室溫側(cè)布置瓷管62。此外，在部分第一超導(dǎo)層201周圍布置環(huán)氧樹脂單元63，該部分被放置在端子冷卻劑容器51和端子冷卻劑容器52之間的邊界附近。由普通導(dǎo)電材料如銅制成的連接導(dǎo)體可以被連接到第一超導(dǎo)層201，以及該連接導(dǎo)體可以被引入端子冷卻劑容器51并被連接到襯套60的引線部分61。上述結(jié)構(gòu)類似于已知的結(jié)構(gòu)。該應(yīng)用例1的特點(diǎn)在于為第二超導(dǎo)層203設(shè)置具有上述分裂結(jié)構(gòu)的饋送導(dǎo)體40。在該應(yīng)用例1中，在短路部分70處布置饋送導(dǎo)體部件40，通過該短路部分70連接三個(gè)芯線的第二超導(dǎo)層203。在圖5(A)和5(B)的情況下，設(shè)置兩個(gè)饋送導(dǎo)體部件；但是，饋送導(dǎo)體部件的數(shù)目可以是一個(gè)或三個(gè)或更多。
當(dāng)以例如三相AC電線的形式，使用具有上述結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜線時(shí)，使用每個(gè)線芯102的第一超導(dǎo)層201作為超導(dǎo)導(dǎo)體，以及使用每個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203作為超導(dǎo)屏蔽層。因此，在AC輸電的情況下，第二超導(dǎo)層203必須被接地。因此，如圖5(A)所示，被選擇接地的饋送導(dǎo)體部件40A中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被互相連接，而不必要的饋送導(dǎo)體部件402中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被互相斷開。在該應(yīng)用例1中，通過將接地線44連接到連接饋送導(dǎo)體部件40的室溫側(cè)導(dǎo)體42，進(jìn)行接地。在AC輸電中，僅僅在該電線的一端的端子結(jié)構(gòu)被要求接地，因此在另一端的端子結(jié)構(gòu)中設(shè)置的饋送導(dǎo)體部件40被斷開并保持非導(dǎo)電狀態(tài)。
下面是要求從圖5(A)所示的三相AC輸電轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛ODC輸電的情況。在此情況下，可以認(rèn)為，例如，超導(dǎo)電纜100中的一個(gè)線芯的第一超導(dǎo)層201被用作出線，相同線芯的第二超導(dǎo)層203被用作回線，以及剩余的兩個(gè)線芯被用作備用(spare)電線。在此情況下，流過用作回線的第二超導(dǎo)層203的電流量等于流過用作出線的第一超導(dǎo)層201的電流量。換句話說，與圖5(A)所示的AC輸電的情況相比較，流過第二超導(dǎo)層203的電流較大。因此，在饋送導(dǎo)體部件40中，通過將低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42連接在一起，可以獲得足以允許所需電流流動(dòng)的有效導(dǎo)體截面面積，如圖5(B)所示，其中在AC輸電的情況下它們互相分離。此外，在DC輸電的情況下，在電線的相反端部，饋送導(dǎo)體部件必須進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。因此，在另一端保持非導(dǎo)電狀態(tài)的饋送導(dǎo)體部件也進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)。
相反，當(dāng)請求從圖5(B)所示的DC輸電轉(zhuǎn)變?yōu)锳C輸電時(shí)，一個(gè)饋送導(dǎo)體部件40中的低溫側(cè)導(dǎo)體41和室溫側(cè)導(dǎo)體42被連接在一起，以便進(jìn)入導(dǎo)電狀態(tài)，由此給出用于接地需要的有效導(dǎo)體截面面積，而另一饋送導(dǎo)體部件中的導(dǎo)體41和42互相斷開。換句話說，在DC輸電中保持導(dǎo)電狀態(tài)的一個(gè)饋送導(dǎo)體部件被斷開，以便處于非導(dǎo)電狀態(tài)。
由此，通過利用本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)，可以容易地執(zhí)行從DC輸電至AC輸電的轉(zhuǎn)變或從AC輸電至DC輸電的轉(zhuǎn)變。此外，不必要的饋送導(dǎo)體的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相分離，由此可以阻止通過該斷開的饋送導(dǎo)體的熱滲透。
在該應(yīng)用例1中，相對于單極輸電進(jìn)行了說明；但是，當(dāng)然可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡p極DC輸電。例如，為了執(zhí)行雙極輸電，一個(gè)線芯的第一超導(dǎo)層201被用作正線，另一線芯的第一超導(dǎo)層201被用作負(fù)線，而那兩個(gè)線芯的第二超導(dǎo)層203被用作中性線以及剩余的線芯被用作備用線。在此情況下，不平衡電流流過第二超導(dǎo)層203。由此，饋送導(dǎo)體被有選擇地連接或分離，以便提供允許不平衡電流流動(dòng)需要的有效導(dǎo)體截面面積。
此外，在該應(yīng)用例1中，上面相對于其中僅僅在第二超導(dǎo)層中設(shè)置饋送導(dǎo)體部件的結(jié)構(gòu)給出說明；但是，可以僅僅在第一超導(dǎo)層中設(shè)置饋送導(dǎo)體部件，或可以設(shè)置在第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層中。在僅僅在第一超導(dǎo)層中設(shè)置饋送導(dǎo)體部件的情況中，這種電線可以被用作AC輸電線，例如，其中通過根據(jù)所需電能的增加或減小，有選擇地連接或分離饋送導(dǎo)體部件，可以保證希望的有效導(dǎo)體截面面積。此外，在第一和第二超導(dǎo)層中都設(shè)置饋送導(dǎo)體部件的情況下，這種電線可以被用作DC輸電線，例如，通過根據(jù)所需電能的增加或減小，有選擇地連接或分離連接到第一超導(dǎo)層的饋送導(dǎo)體部件和連接到第二超導(dǎo)層的饋送導(dǎo)體部件，可以保證希望的有效導(dǎo)體截面面積。
此外，在該應(yīng)用例1中，上面已經(jīng)相對于超導(dǎo)電纜線的端子結(jié)構(gòu)給出說明；但是，在電線的任意中間位置處，例1至3的電能饋送結(jié)構(gòu)可以被有選擇地連接到第一超導(dǎo)層和/或第二超導(dǎo)層，以便可以從該電線的任意位置饋送電能。
(應(yīng)用例2)下面將描述本發(fā)明的例1中描述的電能饋送結(jié)構(gòu)的另一應(yīng)用例子。該應(yīng)用例2表示在超導(dǎo)變壓器中設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的情況。圖6是設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)變壓器的示意性視圖。該超導(dǎo)變壓器包括超導(dǎo)部分10(超導(dǎo)線圈)、其中包含超導(dǎo)部分10的冷卻劑容器20、以及被布置為圍繞冷卻劑容器20的外周邊的真空隔熱容器30。在該超導(dǎo)線圈中，在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間進(jìn)行電能輸入/輸出的每個(gè)位置處，設(shè)置例1中所示的饋送導(dǎo)體部件40。利用那些結(jié)構(gòu)，通過根據(jù)將被提供給超導(dǎo)線圈的電流或?qū)某瑢?dǎo)線圈饋送的電流，控制饋送導(dǎo)體部件40各種連接狀態(tài)，可以改變有效的導(dǎo)體截面面積。此外，通過將不必要的饋送導(dǎo)體部件中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相斷開，可以阻止通過該斷開饋送導(dǎo)體的熱滲透。在該應(yīng)用例2中，相對于其中為從室溫側(cè)提供電能到低溫側(cè)的位置和從低溫側(cè)導(dǎo)體提供電能到室溫側(cè)的位置(即，在總的兩個(gè)位置中設(shè)置四個(gè)饋送導(dǎo)體的情況)的每一個(gè)設(shè)置兩個(gè)饋送導(dǎo)體部件的例子給出說明；但是，該饋送導(dǎo)體部件可以在每個(gè)位置僅僅設(shè)置一個(gè)(即，在總的兩個(gè)位置中設(shè)置兩個(gè))或在每個(gè)位置設(shè)置三個(gè)或更多(即，在總的兩個(gè)位置中設(shè)置六個(gè)或更多)。
工業(yè)實(shí)用性優(yōu)選在超導(dǎo)設(shè)備中的低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)之間執(zhí)行電能傳輸?shù)奈恢锰幮纬杀景l(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)?？梢詰?yīng)用該電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)設(shè)備是，例如，超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)裝置、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器等。此外，本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)可以形成為用于DC輸電或AC輸電的超導(dǎo)電纜線中的端子結(jié)構(gòu)，或可以被設(shè)置在電纜線的任意中間位置處。在設(shè)有本發(fā)明的電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜線中，可以容易地執(zhí)行從AC輸電線至DC輸電線的轉(zhuǎn)變或從DC輸電線至AC輸電線的轉(zhuǎn)變。此外，該超導(dǎo)電纜線可以容易地適用于輸配電路徑的變化以及所需電能的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，該電能饋送結(jié)構(gòu)用來在低溫溫度側(cè)和室溫側(cè)之間輸入或輸出電能，該電能饋送結(jié)構(gòu)包括包含在所述超導(dǎo)設(shè)備中提供的超導(dǎo)部分的冷卻劑容器；圍繞所述冷卻劑容器的外周邊布置的真空熱絕緣容器；以及具有在室溫側(cè)布置的一個(gè)端部和連接到所述超導(dǎo)部分的另一端部的饋送導(dǎo)體部分，該饋送導(dǎo)體部分能夠在低溫溫度側(cè)和室溫側(cè)之間建立電導(dǎo)通，其中所述饋送導(dǎo)體部分包括連接到所述超導(dǎo)部分的低溫溫度側(cè)導(dǎo)體和布置在室溫側(cè)中的室溫側(cè)導(dǎo)體，以及其中所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體和所述室溫側(cè)導(dǎo)體可以被可分開地彼此連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中提供多個(gè)所述饋送導(dǎo)體部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體的一個(gè)端部被連接到超導(dǎo)部分，以及另一端部被設(shè)置在所述真空熱絕緣容器中，所述室溫側(cè)導(dǎo)體的一個(gè)端部被設(shè)置在所述真空熱絕緣容器中，以及另一端部被設(shè)置在具有室溫的外部中，所述室溫側(cè)導(dǎo)體能夠可分開地連接到所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體，同時(shí)所述真空熱絕緣容器保持真空狀態(tài)；以及其中所述真空熱絕緣容器設(shè)有能根據(jù)所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體和所述室溫側(cè)導(dǎo)體的分離/連接而擴(kuò)大和收縮的可擴(kuò)大/可收縮部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體的一個(gè)端部被連接到該超導(dǎo)部分，以及另一端部被設(shè)置在所述冷卻劑容器外面，以及其中所述真空熱絕緣容器設(shè)有插入孔，通過該插入孔可以插入所述室溫側(cè)導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述插入孔形成為從所述真空熱絕緣容器的表面延伸到所述冷卻劑容器，以及其中所述真空熱絕緣容器設(shè)有用于保持所述插入孔的內(nèi)部空間為真空狀態(tài)的輔助熱絕緣容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述室溫側(cè)導(dǎo)體是桿狀部件，以及所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體是能夠嚙合所述室溫側(cè)導(dǎo)體的管狀部件；以及其中所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體和所述室溫側(cè)導(dǎo)體的至少一個(gè)設(shè)有彈性接觸片，該彈性接觸片用于當(dāng)所述室溫側(cè)導(dǎo)體被裝配到所述低溫溫度側(cè)導(dǎo)體時(shí)，使所述低溫溫度側(cè)和所述室溫側(cè)導(dǎo)體互相接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述室溫側(cè)導(dǎo)體是桿狀部件以及其截面面積在縱向上部分地不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述超導(dǎo)設(shè)備是超導(dǎo)電纜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，其中所述超導(dǎo)部分包括第一超導(dǎo)層和相對于所述第一超導(dǎo)層同軸地布置的第二超導(dǎo)層，在所述第一超導(dǎo)層周圍布置有電絕緣層，其中所述饋送導(dǎo)體部分被設(shè)置在所述第一超導(dǎo)層和所述第二超導(dǎo)層的至少一個(gè)中。
10.一種設(shè)有權(quán)利要求8或9所述的電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜線。
全文摘要
一種用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)，該電能饋送結(jié)構(gòu)用來在低溫側(cè)和室溫側(cè)之間輸入/輸出電能，包括冷卻劑容器，包含在超導(dǎo)設(shè)備中設(shè)置的超導(dǎo)部分，真空隔熱容器，被布置為圍繞冷卻劑容器的外周邊，以及包括饋送導(dǎo)體部件，具有布置在室溫側(cè)中的一端和具有連接到該超導(dǎo)部分的另一端。該饋送導(dǎo)體部件被分為連接到超導(dǎo)部分的低溫側(cè)導(dǎo)體和布置在室溫側(cè)中的室溫側(cè)導(dǎo)體，以便該低溫側(cè)導(dǎo)體和室溫側(cè)導(dǎo)體互相可以被可拆卸地連接。由此，提供用于超導(dǎo)設(shè)備的電能饋送結(jié)構(gòu)和裝備有該電能饋送結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)電纜線，其中通過改變有效的導(dǎo)體截面面積，可以容易地改變低溫側(cè)和室溫側(cè)之間的電能饋送。
文檔編號H01B12/02GK101019291SQ20058002610
公開日2007年8月15日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者廣瀨正幸 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社