特開 2015-119064 熱伝導板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-119064(P2015-119064A)

(43)【公開日】2015年6月25日

(54)【発明の名称】熱伝導板

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/04 20060101AFI20150529BHJP

【ＦＩ】

   H01F7/22 GZAA

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-261991(P2013-261991)

(22)【出願日】2013年12月19日

(71)【出願人】

【識別番号】504151365

【氏名又は名称】大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構

(71)【出願人】

【識別番号】503116257

【氏名又は名称】学校法人八戸工業大学

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(71)【出願人】

【識別番号】899000057

【氏名又は名称】学校法人日本大学

(71)【出願人】

【識別番号】502350504

【氏名又は名称】学校法人上智学院

(71)【出願人】

【識別番号】000158312

【氏名又は名称】岩谷産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097102

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 敬夫

(74)【代理人】

【識別番号】100094640

【弁理士】

【氏名又は名称】紺野 昭男

(74)【代理人】

【識別番号】100103447

【弁理士】

【氏名又は名称】井波 実

(74)【代理人】

【識別番号】100111730

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 武泰

(74)【代理人】

【識別番号】100180873

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 慶政

(72)【発明者】

【氏名】槙田 康博

(72)【発明者】

【氏名】濱島 高太郎

(72)【発明者】

【氏名】花田 一麿

(72)【発明者】

【氏名】津田 理

(72)【発明者】

【氏名】宮城 大輔

(72)【発明者】

【氏名】新富 孝和

(72)【発明者】

【氏名】高尾 智明

(72)【発明者】

【氏名】梶原 昌高

(72)【発明者】

【氏名】岩城 勝也

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 順之

(72)【発明者】

【氏名】辻上 博司

(57)【要約】      （修正有）

【課題】渦電流の発生を抑制した、超電導コイル冷却用熱伝導板の提供。
【解決手段】超電導コイルの冷却用である、熱伝導板であって、該熱伝導板は、略円板状熱伝導板部及び該略円板状熱伝導板の外周から外側に延伸する複数の熱伝達手段を有し、略円板状熱伝導板部は、ａ）超電導コイルの略円形状の上面及び／又は下面と同心円上に、超電導コイルの上及び／又は下に配置され、ｂ）前記略円板状熱伝導板部の中心から内周Ｒ_ｉまで円形状の切欠を有し、且つ、さらにｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、熱伝導板部の内周Ｒ_ｉから外周Ｒ_ｏまでに達する、少なくとも１つの第１のスリット、及びｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１（Ｒ_ｉ＜Ｒ_１＜Ｒ_ｏ）まで伸びる複数の第２のスリットを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導コイルの冷却用である、熱伝導板であって、
該熱伝導板は、略円板状熱伝導板部；及び該略円板状熱伝導板の外周Ｒ_ｏ（Ｒ_ｏ：略円板状の円の中心から外周端までの距離）から外側に延伸する複数の熱伝達手段；を有し、
略円板状熱伝導板部は、
ａ）超電導コイルの略円形状の上面及び／又は下面と同心円上に、超電導コイルの上及び／又は下に配置され、
ｂ）前記略円板状熱伝導板部の中心から内周Ｒ_ｉまで円形状の切欠を有し、且つ
さらに
ｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、熱伝導板部の内周Ｒ_ｉ（Ｒ_ｉ：前記略円板状の円の中心から内周端までの距離）から外周Ｒ_ｏ（Ｒ_ｏ：前記略円板状の円の中心から外周端までの距離）までに達する、少なくとも１つの第１のスリット；
ｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１（Ｒ_ｉ＜Ｒ_１＜Ｒ_ｏ）まで伸びる複数の第２のスリット；及び
ｉｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、所定距離Ｒ_２（Ｒ_１＜Ｒ_２≦Ｒ_ｏ）から外周Ｒ_ｏまで伸びる複数の第３のスリット；
を有する、上記熱伝導板。

【請求項2】

前記Ｒ_１が、下記式（Ａ）（式中、Ｒ_ｘは、超電導コイルの中心から超電導コイルの磁場がゼロとなる位置までの距離を示す）を満たす請求項１記載の熱伝導板。

【数1】

【請求項3】

請求項１又は２記載の熱伝導板を有する超電導マグネット装置。

【請求項4】

前記熱伝達手段が冷熱源まで延伸して設けられる請求項３記載の超電導マグネット装置。

【請求項5】

前記冷熱源が液化水素である請求項４記載の超電導マグネット装置。

【請求項6】

前記冷熱源がサーモサイフォン式を採用し、前記サーモサイフォン式の配管が前記熱伝導板の上部に配置される請求項４又は５記載の超電導マグネット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導コイルの冷却用である熱伝導板に関する。特に、サーモサイフォン式間接冷却方式を用いて超電導コイルを冷却するための熱伝導板に関する。

【背景技術】

【0002】

持続可能な社会の構築に向けて再生可能エネルギー利用の重要性が高まる一方、該再生可能エネルギーは発電変動があるため、現在の電力システムに直に連系できる再生可能エネルギー源やその利用量は限定されている。そのため、変動する再生可能エネルギーを制御した電気出力に変換する装置、例えば再生可能エネルギーを一旦貯蔵し必要なときに出力できる貯蔵装置が望まれている。この貯蔵装置として、ｉ）「分」程度又はそれ以下の激しい発電変動がある再生可能エネルギーに対して、即応性及び多数回の繰り返しの貯蔵・放出が可能である超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）が適している。また、ｉｉ）「時間」単位の発電変動がある再生可能エネルギーに対して、発電の余剰変動成分を利用して水を電気分解装置（ＥＬ）で分解し大容量の貯蔵が可能な「水素」（Ｈ_２）として貯蔵するとともに、発電量が不足した際には「水素」を用いる燃料電池発電装置（ＦＣ）により出力させるのが適している。

【0003】

上記ＳＭＥＳ、ＥＬ、Ｈ_２及びＦＣに加え再生可能エネルギーの発電変動予測技術を統合することにより、ハイブリッド貯蔵システムを提供できることが期待され、さらには液化水素貯槽を有する燃料電池車用水素ステーションなども統合することにより、経済性及び信頼性をより向上させた先端超電導電力変換システム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＡＳＰＣＳ）の提供が期待されている。

【0004】

超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）には、超電導コイルが用いられている。
超電導コイルは、温度が上がり、常電導転移をすれば超電導運転に致命的なクエンチ現象を引き起こす。また、変圧器やリアクトルなどのような交流機器への超電導コイルの適用は、通電電流により発生した磁束によって周辺の熱伝導板などに渦電流が誘起され、交流損失や発熱を生じることから、その実用化はあまり進んでいない。そういった問題から、冷却を効率良く行うための冷却機構及びそこに用いる熱伝導部材の開発が求められている。

【0005】

例えば、特許文献１は、冷凍機に接続された伝熱部材をコイルの外周を囲繞するよう配置させ、該伝熱部材の一部にスリットを設ける構成を開示する。
また、特許文献２は、パンケーキ型の超電導コイルにおいて、超電導コイル間の全ての間および積層体の両端外面に、それぞれ伝熱材の一端を挿入しコイル端面と全面接触させる一方、該複数の伝熱材の他端を冷凍機のコールドヘッドと連結する構成を開示する。また、渦電流の発生を抑制するために、外周端から内周端へ径方向に切り込んだ第１スリットを設けるとともに、内周端から外周側へ径方向に切り込んだ第２スリットを、周方向に間隔をあけて設ける構成を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２７２７４５。

【特許文献2】特開２０１０−０１６０２６。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の伝熱部材は、コイル外周を囲むように配置される構成を採用するが、略円形状の上面又は下面を有する超電導コイルの該上面又は下面に配置される熱伝導板については開示していない。したがって、特許文献１の伝熱部材は、所望の冷却効率を奏することができない。
また、特許文献２は、特許文献１よりも高い冷却効率を奏すると考えられる熱伝導板を開示する。具体的には、特許文献２は、略円形状の上面又は下面を有する超電導コイルの該上面又は下面に配置される熱伝導板を開示し、渦電流の発生を抑制するために第１及び第２のスリットを設ける構造を開示する。しかしながら、特許文献２の第１及び第２のスリットは、周方向に間隔をあけて、外周端から内周端又は内周端から外周端に設けられるため、熱を円周方向に伝達して冷却効率を高めることができない。また、特許文献２では、依然として渦電流の発生を抑制することが問題となる。

【0008】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決することにある。
具体的には、本発明の目的は、円形状の上面又は下面を有する超電導コイルの該上面又は下面に配置される熱伝導板であって、冷却効率を高めると共に渦電流の発生を抑制する構成を有する熱伝導板を提供することにある。特に、サーモサイフォン式間接冷却方式を用いる熱伝導板を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、先端超電導電力変換システム（ＡＳＰＣＳ）における超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）に用いられる、上記熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、以下の発明を見出した。
＜１＞ 超電導コイルの冷却用である、熱伝導板であって、
該熱伝導板は、略円板状熱伝導板部；及び該略円板状熱伝導板部の外周Ｒ_ｏ（Ｒ_ｏ：略円板状の円の中心から外周端までの距離）から外側に、好ましくは径方向外側に延伸する複数の熱伝達手段；を有し、
ａ）略円板状熱伝導板部は、超電導コイルの略円形状の上面及び／又は下面と同心円上に、超電導コイルの上及び／又は下に配置され、
ｂ）略円板状熱伝導板部は、略円板状熱伝導板部の中心から内周Ｒ_ｉまで円形状の切欠を有し、且つ
ｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、熱伝導板部の内周Ｒ_ｉ（Ｒ_ｉ：前記略円板状の円の中心から内周端までの距離）から外周Ｒ_ｏ（Ｒ_ｏ：前記略円板状の円の中心から外周端までの距離）までに達する、少なくとも１つ、好ましくは２つの第１のスリット；及び
ｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１（Ｒ_ｉ＜Ｒ_１＜Ｒ_ｏ）まで伸びる複数の第２のスリット；及び
ｉｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、所定距離Ｒ_２（Ｒ_１＜Ｒ_２≦Ｒ_ｏ）から外周Ｒ_ｏまで伸びる複数の第３のスリット；
を有する、上記熱伝導板。

【0010】

＜２＞ 上記＜１＞において、Ｒ_１が、下記式（Ａ）（式中、Ｒ_ｘは、超電導コイルの中心から超電導コイルの磁場がゼロとなる位置までの距離を示す）を満たすのがよい。

【0011】

【数1】

【0012】

＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞に記載される熱伝導板を有する超電導マグネット装置。
＜４＞ 上記＜３＞において、熱伝達手段が冷熱源まで延伸して設けられるのがよい。
＜５＞ 上記＜４＞において、超電導マグネット装置が複数の超電導コイルを積層し、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数を示す）の熱伝導板が積層された超電導コイル間に配置され、且つ第１の熱伝導板の第１の熱伝達手段と第ｍ（ｍは２以上ｎ以下の整数を示す）の熱伝導板の第ｍの熱伝導手段とは、超電導コイルの上面から見て、互いに重ならないように又は互いの重なりを少なくして配置されるのがよい。

【0013】

＜６＞ 上記＜４＞又は＜５＞において、冷熱源が液化水素であるのがよい。
＜７＞ 上記＜４＞〜＜６＞のいずれかにおいて、冷熱源がサーモサイフォン式を採用し、サーモサイフォン式の配管が熱伝導板の上部に配置されるのがよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、円形状の上面又は下面を有する超電導コイルの該上面又は下面に配置される熱伝導板であって、冷却効率を高めると共に渦電流の発生を抑制する構成を有する熱伝導板を提供することができる。特に、サーモサイフォン式間接冷却方式を用いる熱伝導板を提供することができる。
また、本発明により、上記熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供することができる。
さらに、本発明により、先端超電導電力変換システム（ＡＳＰＣＳ）における超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）に用いられる、上記熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一態様である略円板状熱伝導板１の上面概略図を示す。

【図2】冷却端（Ｔ_０）及び高温端（Ｔ_ｍａｘ）を備える一般的な伝導板を例示する図である。

【図3】第３のスリットを有する、本発明の一態様である略円板状熱伝導部１０２を示す図である。

【図4】本発明の一態様である略円板状熱伝導板部２の外周端付近の拡大概略図を示す。

【図5】ダブルパンケーキ型の超電導コイルの磁場がゼロとなる位置を求めるために用いたグラフ（横軸：コイル中心からの距離（ｍ）；縦軸：磁束密度（Ｔ））を示す。

【図6】本発明の一態様である熱伝導板を有する超電導マグネット装置１０の概略側面図及び上面概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本願は、超電導コイルの冷却用である、熱伝導板を提供する。また、本願は、該熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供する。以下、順に説明する。
＜熱伝導板＞
本願の熱伝導板は、略円板状熱伝導板部；及び
該略円板状熱伝導板部の外周Ｒ_ｏ（Ｒ_ｏ：略円板状の円の中心から外周端までの距離）から外側に、好ましくは径方向外側に延伸する複数の熱伝達手段；を有する。

【0017】

また、略円板状熱伝導板部は、
ａ）超電導コイルの略円形状の上面及び／又は下面と同心円上に、超電導コイルの上及び／又は下に、超電導コイルの全面又はほぼ全面に接するように配置され、
ｂ）略円板状熱伝導板部の中心から内周Ｒ_ｉ（Ｒ_ｉ：略円板状の円の中心から内周端までの距離）まで円形状の切欠を有する。

【0018】

さらに、略円板状熱伝導板部は、次のｉ）及びｉｉ）、並びにｉｉｉ）の構成を有する。
即ち、ｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、熱伝導板部の内周Ｒ_ｉから外周Ｒ_ｏまでに達する、少なくとも１つの第１のスリット；及び
ｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１（Ｒ_ｉ＜Ｒ_１＜Ｒ_ｏ）まで伸びる複数の第２のスリット；及び
ｉｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、所定距離Ｒ_２（Ｒ_１＜Ｒ_２≦Ｒ_ｏ）から外周Ｒ_ｏまで伸びる複数の第３のスリット。
なお、上記ｉｉｉ）に関して、Ｒ_２＝Ｒ_ｏである場合、略円板状熱伝導板部は、第３のスリットを有しないことを意味する。

【0019】

本願の熱伝導板を、以下、図を用いつつ、説明する。
図１は、本発明の一実施形態である熱伝導板１の上面概略図を示す。
本発明の一実施形態である熱伝導板１は、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム、銅、銅合金などから成り、厚みの小さい円板状からなる略円板状熱伝導板部２；及び該略円板状熱伝導板部２の外周Ｒ_ｏから径方向外側に延伸する、複数の帯状の熱伝達手段３ａ〜３ｈを有する。
複数の熱伝達手段３ａ〜３ｈは、後述する冷熱源まで延伸され、略円板状熱伝導板部２の熱を冷熱源まで伝達する。図１において、１つの略円板状熱伝導板部２に対して、８つの熱伝達手段３ａ〜３ｈを有するが、その数及び配置箇所などは、冷熱源の位置、冷却効果、配置の制限、及び後述する第１のスリット５の数などに依存して決めることができる。

【0020】

略円板状熱伝導板部２は、ｂ）略円板状熱伝導板部の中心から内周Ｒ_ｉまで円形状の切欠を有し、径方向の幅Ｗ１を有するリング状又はドーナツ状を形成する。
内周Ｒ_ｉは、略円板状熱電板部２がその上面及び／又は下面に配置される超電導コイルの略円形状に依存して、決められる。また、略円板状熱伝導板部２は、超電導コイルの全面又はほぼ全面に接するような形状であり且つそのように配置するのがよい。

【0021】

略円板状熱伝導板部２は、ｉ）該略円板状熱伝導板部２の径方向に、熱伝導板部２の内周Ｒ_ｉから外周Ｒ_ｏまでに達する第１のスリット５を有する。即ち、第１のスリット５は、周方向のループ電流を抑制するために、略円板状熱伝導板部２の幅Ｗ１全体を切断するか又は切り込むように設けられる。
外周Ｒ_ｏは、超電導コイルの形状に依存し、超電導コイルの上面及び／又は下面の円形状と同じであるか又はそれよりも若干大きいのがよい。
図１において、略円板状熱伝導板部２は、第１のスリット５の１個だけを備えるものを例示するが、その数は、ループ電流の抑制効果、あるいは製造上の都合に依存して、２個以上であってもよい。第１のスリットの数は、好ましくは１個又は２個であるのがよい。
なお、第１のスリットを２個以上設けると、該略円板状熱伝導板部２は一体形成されず、「略円板状」を保持しないが、略円板状熱伝導板部を超電導コイルの略円形状の上面及び／又は下面に配置された状態で「略円板状」が形成されるため、「略円板状」熱伝導板部と本願では規定する。

【0022】

略円板状熱伝導板部２は、ｉｉ）該略円板状熱伝導板部の径方向に、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１（Ｒ_ｉ＜Ｒ_１＜Ｒ_ｏ）まで伸びる複数の第２のスリット６（６ａ〜６ｆ）を有する。なお、図１において、全周の１／４にあたる箇所の第２のスリットのみを６ａ〜６ｆと符号を付すが、全周に亘って、第２のスリット６が形成される。
第２のスリットは、熱伝導板に誘起される渦電流を抑制するために設けられ、且つ内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１まで、熱伝導を径方向に行うために設けられる。この第２のスリット６が形成された内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１までの領域ＡＲ１は、径方向に熱を伝導（放熱）させる領域となる。

【0023】

図１に示す第２のスリット６は、超電導コイル１１ａ〜１１ｈ（図４を参照のこと）の内周端部から外周端部の周辺までの距離に略対応して切り込まれ、且つ周方向に沿うように、角度θをもって列設してなる。これにより、互いに隣接する第２のスリット６間の距離Ｄ１が狭められ、渦電流の発生を有効に抑制することができる。

【0024】

隣接する２つの第２のスリット間の距離（以下、単に「第２のスリット幅」と略記する）ｗについて、図２を用いて説明する。
一般的に、図２のような伝導板に発生する渦電流損Ｐ_ｅは以下の式（１）で計算される。なお、式中、以下のように定義する。
Ｐ_ｅ：厚さａ（ｍ）、幅ｗ（ｍ）、長さｌ（ｍ）の板に生じる渦電流損（Ｗ）；
ｆ：変動磁場の周波数（Ｈｚ）；
Ｂ_ｍ：変動磁場の振幅（Ｔ）；
ρ：伝導板の抵抗率（Ω・ｍ）

【0025】

【数2】

【0026】

熱伝導板の外周端が冷却端であり、一定温度Ｔ_０を有する一方、内周端付近の温度をＴ_ｍａｘとすると、位置ｘでの熱バランスは次式で表現される。式中、ｋ：熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

【0027】

【数3】

【0028】

ここで、下式で表されるWiedemann Frants則（ρｋ＝Ｌ_０Ｔ）（式中、Ｌ_０：ローレンツ定数、２．４４×１０^−８ （ＷΩＫ^−２）及びＴ：絶対温度（Ｋ））から、上記（２）式は以下のようになる。

【0029】

【数4】

【0030】

ｘは０→１、ＴはＴ_ｍａｘ→Ｔ_０で積分する。

【0031】

【数5】

【0032】

最高温度Ｔ_ｍａｘが許容値以下とするための幅ｗを求める。

【0033】

【数6】

【0034】

したがって、周波数ｆ、振幅Ｂ_ｍの磁場変動で冷却温度Ｔ_０、許容温度Ｔ_ｍａｘの時、第２のスリット幅ｗは（３）式で示される値以下であればよい。
例えば、冷却端温度が液化水素２０Ｋで渦電流による発熱の許容上昇温度を２５Ｋ、磁場の振幅を２テスラ、周波数を０．０５Ｈｚ、板の長さlを１ｍとすると、第２のスリット幅ｗの許容値は０．０１８ｍ（約２０ｍｍ）となる。また、外周端箇所、即ち所定距離Ｒ_１から外周Ｒ_ｏまでの幅についても第２のスリット幅の許容値と同程度以下の幅にしておくとより好適である。

【0035】

第２のスリットが設けられていない領域（領域ＡＲ１よりも外側の領域）、即ち所定距離Ｒ_１から所定距離Ｒ_２までの領域ＡＲ２は、周方向に熱伝導を行うことができる。また、後述のｉｉｉ）第３のスリットがない場合、即ち領域ＡＲ２が外周端に設けられる場合、該領域ＡＲ２に熱伝達手段３ａ〜３ｈが接続して設けられ、領域ＡＲ２により周方向に伝導された熱を熱伝導手段３ａ〜３ｈに介して伝導することができる。したがって、図１に示す本発明の一態様の熱伝導板１は、ＡＲ１において径方向への伝熱、ＡＲ２においては周方向の伝熱、さらには熱伝導手段３ａから３ｈによる伝熱により、渦電流の発生を抑制しつつ、熱伝導板全体を効率よく冷却することができる。

【0036】

領域ＡＲ２は、その径方向の長さ（Ｒ_２−Ｒ_１）（以下、この値を「２ａ_２（＝Ｌ１＋Ｌ２）」と略記する場合がある。Ｌ１及びＬ２は、後述の図４を参照のこと）、その周方向の長さｌｓについて、最適な値を求めることができる。
ここで、「領域ＡＲ２」を『スリット連結部』と、「径方向の長さ」を『幅』と略記する場合がある。即ち、「ＡＲ２の径方向の長さ」を『スリット連結部の幅』と略記する場合がある。また、「ＡＲ２の周方向の長さｌｓ」を『スリット連結部の長さｌｓ』と略記する場合がある。ここで、「ＡＲ２の周方向の長さｌｓ」、即ち『スリット連結部の長さｌｓ』は、第１スリットの数が「１」である場合には、２πＲ_２であり、第１スリットの数が「ｎ」であり、該ｎ個の第１のスリットが周方向に均等に配置される場合、２πＲ_２／ｎと表記することができる。
最適な値を求めるには、伝導板冷却端より最も離れたスリットのコイル内面の温度が、超電導磁石の許容温度以下になる必要がある。また、熱流項と伝導項、熱伝導板におけるコイル内面の温度と冷却端の温度の関係を解析すること、などにより、求めることができる。

【0037】

スリット幅Ｄ１およびスリット連結部の幅２ａ_２については渦電流発熱を抑えるため一定の許容値以下とすることが好ましい。ただし、スリット連結部の幅２ａ_２については、スリット連結部自身の渦電流発熱に加えて各スリットからの熱流入も熱流項に含める必要があり、対流項としてのバランスを考慮すると、ある程度以上の幅を確保することが好ましい。具体的には、２ａ_２、即ち（Ｒ_２−Ｒ_１）は、Ｒ_ｏの１０〜２０％程度の範囲内とすることが好ましい。

【0038】

より詳細には、コイル内面の温度と冷却端の温度の関係を、（Ｔ_ｍａｘ²−Ｔ_０²）を左辺に置いた関係式で表す（下記式（４）を参照のこと。式（４）中、Ｒ_ｘは、後述するが、超電導コイルの中心から超電導コイルの磁場がゼロとなる位置までの距離を示す。なお、式（４）導出の詳細は省略する）と、右辺の第１項に「１枚のスリット板すなわちコイルの内面から磁場０の場所までの渦電流損による温度差」、第２項に「スリット板連結部に発生する渦電流損による温度差」、第３項に「各スリット板から連結部に流入する渦電流損による熱流による温度差」を置くことができる。ここで、Wiedemann-Franz則を基に式を導出すると、スリット連結部の幅２ａ_２の影響は、第２項に４乗、第３項ではマイナス１乗のオーダーでかかってくることから、２ａ_２には上述のような最適範囲があることが下記式（４）の解析結果からも分かる。

【0039】

【数7】

【0040】

さらに、本発明の熱伝導板は、ｉｉｉ）略円板状熱伝導板部の径方向に、所定距離Ｒ_２（Ｒ_１＜Ｒ_２≦Ｒ_ｏ）から外周Ｒ_ｏまで伸びる複数の第３のスリット；を有する。
ただし、所定距離Ｒ_２がＲ_ｏと同じである場合、第３のスリットは存在しない。要するに、第３のスリットは、任意の構造である。
第３のスリットが有する場合について、図３を用いて説明する。
図３は、第３のスリットを有する略円板状熱伝導部１０２を示す。
略円板状熱伝導部１０２は、図１に示す略円板状熱伝導部２と同様に、領域ＡＲ１を有し、該領域ＡＲ１は、内周Ｒ_ｉから所定距離Ｒ_１までに、径方向に伸びる第２のスリット６が形成され、径方向に熱を伝導することができる。

【0041】

領域ＡＲ１の径方向外側には、図１と同様に、領域ＡＲ２が設けられる。領域ＡＲ２は、所定距離Ｒ２と所定距離Ｒ１との間に形成される円環状であり、図１で説明した通り、周方向に熱を伝導することができる。
領域ＡＲ２の径方向外側に、所定距離Ｒ_２（Ｒ_１＜Ｒ_２≦Ｒ_ｏ）から外周Ｒ_ｏまで伸びる複数の第３のスリット１０７（１０７ａ〜１０７ｇ）を有する領域ＡＲ３が設けられる。第３のスリットは、第２のスリットと同様に、径方向に熱を伝導させることができると共に、渦電流の発生を抑制することができる。なお、図３において、全周の１／４にあたる箇所の第３のスリットのみを１０７ａ〜１０７ｆと符号を付すが、全周に亘って、第３のスリット１０７が形成される。

【0042】

図１のＡＲ１及びＡＲ２並びに図３のＡＲ１、ＡＲ２及びＡＲ３を見ればわかるように、図１のＡＲ２が、図３では、径方向内側に移動したように見られる。即ち、本願において、「ｉｉｉ）第３のスリット」と規定するが、「ｉｉ）第２のスリットが外周端まで伸び」且つ「周方向への伝熱作用を有する領域ＡＲ２が第２のスリットを横断するように設けられる」と換言することもできる。
なお、図３において、ＡＲ３の第３のスリット１０７は、ＡＲ１の第２のスリット６の延長線上に設けられるが、第３のスリットは、第２のスリットの延長線上であってもなくてもよい。

【0043】

さらに、Ｒ_１は、下記式（Ａ）（式中、Ｒ_ｘは、超電導コイルの中心から超電導コイルの磁場がゼロとなる位置までの距離を示す）を満たすのがよい。

【0044】

【数8】

【0045】

上記式（Ａ）について、図４を用いて説明する。
図４は、略円板状熱伝導板部２の外周端付近の拡大概略図を示す。
第２のスリット６の外側の端部である所定距離Ｒ_１とＡＲ２の端部までの距離Ｒ_２との間、即ち領域ＡＲ２に、超電導コイルの磁場がゼロとなる位置Ｒ_ｘが配置するように、所定距離Ｒ_１を設けられるのがよい。特に、所定距離Ｒ_１、ＡＲ２の端部までの距離Ｒ_２、及び超電導コイルの磁場がゼロとなる位置Ｒ_ｘが上記式（Ａ）を満たすと、第２のスリット６が設けられていない領域、即ちＡＲ２は、所定距離Ｒ_１から磁場ゼロの位置Ｒ_ｘまでの距離Ｌ１において発生する起電力Ｘと、磁場ゼロの位置Ｒ_ｘからＡＲ２の端部までの距離Ｒ_２までの距離Ｌ２において発生する起電力（−Ｘ）とは、逆の磁場であり、それらの値が同じであるため、それらは相殺される。したがって、第２のスリット６が設けられていない領域ＡＲ２、言い換えるならば外周端周辺は、渦電流の発生が完全に又はほぼ完全に抑制することができる。

【0046】

なお、第３のスリットを有しない場合、ＡＲ２の端部までの距離Ｒ_２は、外周Ｒ_ｏと等しくなる（Ｒ_２＝Ｒ_ｏ）ため、上記式（Ａ）は、上記式（Ａ’）として取り扱うことができる。
（Ｒ_２−Ｒ_１）の寸法（領域ＡＲ２の径方向の長さ、「スリット連結部の幅２ａ_２」と上述したものと同じ）は、周方向への熱伝導性を奏するような範囲を有し、好ましくは比較的小さいのがよい。図２の態様において、（Ｒ_２−Ｒ_１）の寸法は、上述したように、Ｒ_ｏの１０〜２０％程度の範囲内とすることが好ましい。なお、第３のスリットを有しない場合、上述した通り、Ｒ_２＝Ｒ_ｏであるので、上記の「（Ｒ_２−Ｒ_１）の寸法」は、「（Ｒ_ｏ−Ｒ_１）の寸法」とすることができる。

【0047】

超電導コイルの磁場がゼロとなる位置までの超電導コイルの中心から距離Ｒ_ｘは、用いる超電導コイル、コイルの断面形状（アスペクト比）などに依存するが、その位置Ｒ_ｘは、ビオ・サバール法則を用いて求めることができる。
図５は、ＭｇＢ_２超電導線を円周方向に巻回して形成した、円盤状、具体的には内半径（ｒ１）０．０５ｍ、外半径（ｒ２）０．１ｍ、厚さ（ｄ）８０．６ｍｍのダブルパンケーキ型の超電導コイルの磁場がゼロとなる位置を求めるために用いたグラフを示す。横軸はコイル中心からの距離（ｍ）を示し、縦軸は磁束密度（Ｔ）を示す。
図５によると、用いた超電導コイルの場合、０．０９５ｍ付近に磁場がゼロとなる位置があることがわかる。

【0048】

＜超電導マグネット装置＞
本願は、上述の熱伝導板を有する超電導マグネット装置を提供する。
具体的には、いわゆるパンケーキ型又はダブルパンケーキ型超電導コイルを１つ又はそれ以上有する超電導マグネット装置であって、該パンケーキ型又はダブルパンケーキ型超電導コイルの上面及び／又は下面と同心円上に、上述の熱伝導板を配置するのがよい。また、パンケーキ型又はダブルパンケーキ型超電導コイルが複数積層される場合には、積層される超電導コイル間に、上述の熱伝導板を配置するのがよい。なお、超電導コイルにはＭｇＢ_２超電導線（臨界温度：３９Ｋ）を用いたが、超電導線の材質は冷熱源との兼ね合いで適宜選択できる。

【0049】

超電導マグネット装置は、冷熱源として液化ヘリウム（沸点：４Ｋ）、液化水素（沸点：２０Ｋ）を用いるのがコイル冷却の点で都合が良く、水素ステーションの液化水素を用いるのが、経済性の点でさらに都合がよい。この場合、水素が可燃性の性質を有することから間接冷却方式を採用し、さらに、入熱が加わると自身で自然に循環するサーモサイフォン式を採用するのがよい。
該サーモサイフォン式の配管は熱伝導板の上部に配置されるのがよい。

【0050】

サーモサイフォン式冷熱源を用い、且つ冷熱源として液化水素を用いる超電導マグネット装置の一例を以下に図を用いて説明する。
図６は、本願の熱伝導板を有する超電導マグネット装置の一態様１０の概略図を示す。具体的には、図６（ａ）は側面正面図を示す。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）から熱伝導手段を取り除き、サーモサイフォン式間接冷却方式を採用した超電導マグネット装置の一態様１０の概略図を示す。なら、図６（ａ’）は、図６（ａ）の上面図を示す。

【0051】

超電導マグネット装置の一態様１０は、８個のダブルパンケーキ型超電導コイル１１ａ〜１１ｈを積層して形成される。ダブルパンケーキ型の超電導コイル１１ａ〜１１ｈは各々、ＭｇＢ_２超電導線（臨界温度：３９Ｋ）を巻回して形成された円盤状のパンケーキ型コイルが重ねられて二層としたものであり、二層のコイルは最内周で繋がっている。
各超電導コイル間に熱伝導板１が配置され、例えば、該超電導コイル１１ａと１１ｂとの間に第１の熱伝導板１３ａ、該超電導コイル１１ｂと１１ｃとの間に第２の熱伝導板１３ｂ、などのように、熱伝導板が配置される。また、最上層の超電導コイル１１ｈの上面及び最下層の超電導コイル１１ａの下面にも、それぞれ接触するように、熱伝導板１が配置される。熱伝導板１は、各超電導コイル１１ａ〜１１ｈを挟むように構成される。
なお、各熱伝導板１は各々、上述したように、上述の構成、即ち、熱伝導手段、第１のスリット、第２のスリット、第３のスリットなどを有してなる。

【0052】

各熱伝導板１が有する熱伝導手段３ａ〜３ｈは、該熱伝導板１の外周端付近で、具体的には図１の「ＣＶ」で示す位置で、上方に折り曲げられ、超電導コイルの上方に配置される冷熱ドラム１５まで延伸し、該冷熱ドラム１５に接触するように配置することにより、熱伝導手段で伝導した熱が冷却される。
冷熱ドラム１５は、良好な熱伝導性を有する材料、例えば銅などから形成され且つ略円筒形状を有し、超電導コイル１１ａ〜１１ｈの上方に配置される。管状部であるサーモサイフォンライン１６が、冷熱ドラム１５の外周側面に接触する接触部１７を有するように、設置される。

【0053】

サーモサイフォンライン１６は、側面から見ると略Ｕ字状に有して配管設置される。サーモサイフォンライン１６の一端は、液化水素槽１８に接続し、該液化水素槽１８から略Ｕ字状のサーモサイフォンライン１６へと液化水素が流入し、冷熱ドラム１５の円筒外周とサーモサイフォンライン１６との接触部１７で冷熱ドラム１５を冷却する。冷熱ドラム１５を冷却した液化水素は、熱伝導手段３ａ〜３ｈにより伝達された熱により蒸発され、該蒸発した水素は上方へと流れ、液化水素槽１８に流入する。そして、液化水素は、再び液化水素槽１８から接触部１７へと流入し、サイフォン式に液化水素が流れる。これにより、冷熱ドラム１５を連続的に冷却し、且つ熱伝導手段３ａ〜３ｈが間接的に冷却され、さらには各熱伝導板１及び超電導コイル１１ａ〜１１ｈが冷却される。
なお、これらダブルパンケーキ型超電導コイル１１ａ〜１１ｈ、各熱伝導板１、冷熱ドラム１５、サーモサイフォンライン１６、及び液化水素槽１８は、真空容器３０内に収容されている。

【0054】

このように、熱伝導手段は、熱伝導板に設けられ、冷熱源まで延伸して、冷却される。本発明の熱伝導手段は、上述のように、その数及び配置箇所などは、冷熱源の位置、冷却効果、配置の制限などに依存して決めることができる。
超電導マグネット装置が複数の超電導コイルを積層し、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数を示す）の熱伝導板が積層された超電導コイル間に配置される場合、熱伝導手段は、好ましくは、次のように配置されるのがよい。即ち、第１の熱伝導板の第１の熱伝達手段と第ｍ（ｍは２以上ｎ以下の整数を示す）の熱伝導板の第ｍの熱伝導手段とは、超電導コイルの上面から見て、互いに重ならないように又は互いの重なりを少なくして配置されるのがよい。このように、熱伝達手段を設けることにより、効率よく熱伝導板及び超電導コイルを冷却することができる。

【0055】

以上、図を用いて、本願の熱伝導板及び該熱伝導板を有する超電導マグネット装置を説明したが、本発明の熱伝導板及び該熱伝導板を有する超電導マグネット装置は、図示したものに限定されず、これら図示したものの変形、修飾したものであっても本発明に含まれる。

【0056】

本願の熱伝導板を有する超電導マグネット装置、特に冷熱源として液化水素を用いる超電導マグネット装置は、水の電気分解装置（ＥＬ）、大容量の「水素」貯蔵装置（Ｈ_２）、「水素」を用いる燃料電池発電装置（ＦＣ）及び再生可能エネルギーの発電変動予測技術と統合することにより、ハイブリッド貯蔵システムを提供できることができる。また、液化水素貯槽を有する水素ステーションなどと統合することにより、経済性及び信頼性をより向上させた先端超電導電力変換システム（ＡＳＰＣＳ）を提供することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】