特許 5917584 冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5917584

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   H02G 1/14 20060101AFI20160428BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20160428BHJP

   H02G 15/34 20060101ALI20160428BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20160428BHJP

【ＦＩ】

   H02G1/14

   H05K7/20 N

   H02G15/34

   H01L39/04

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-49976(P2014-49976)

(22)【出願日】2014年3月13日

(65)【公開番号】特開2014-209839(P2014-209839A)

(43)【公開日】2014年11月6日

【審査請求日】2015年3月31日

(31)【優先権主張番号】特願2013-66932(P2013-66932)

(32)【優先日】2013年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芦田 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】吉田 広

(72)【発明者】

【氏名】橋本 幸治

【審査官】 石坂 知樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２５９３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０１９６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１６２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０５６７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０７−１０７１８１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−１５９４４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｇ １／１４

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

Ｈ０２Ｇ １５／３４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０１Ｂ １２／０４

Ｈ０１Ｂ １２／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

横断面が円形に形成され、純度９９．９９９質量％以上の金属電線を有し、該金属電線の横断面における平均結晶粒径が該金属電線の直径の１／２０以上に形成された線状導体と、
上記線状導体の一方端に接続された第１接続部と、
上記線状導体の他方端に接続された第２接続部と、
上記第１接続部及び第２接続部の間に設けられ、上記線状導体を冷却する冷却装置とを備え、
上記第１接続部及び第２接続部の間には、上記冷却装置が上記線状導体に沿って互いに離間するように複数設けられ、
上記複数の冷却装置の間には、上記線状導体を囲むように保冷室が設けられている、冷却システム。

【請求項2】

上記冷却装置は、冷媒を介して上記線状導体を冷却し、該冷却装置に隣り合う上記保冷室に該冷却装置からの冷媒が流れ込むように設けられている、請求項１に記載された冷却システム。

【請求項3】

上記冷却装置は、上記線状導体を囲むように設けられた冷却室と、該冷却室の内部に冷媒を供給する冷媒供給部とを備えている、請求項１又は２に記載された冷却システム。

【請求項4】

上記線状導体は、上記金属電線を複数有し、該複数の金属電線が互いに並行に延びるように設けられた撚り線である、請求項１乃至３の何れか１つに記載された冷却システム。

【請求項5】

上記金属電線の純度は、９９．９９９９質量％以上である、請求項１乃至４の何れか１つに記載された冷却システム。

【請求項6】

上記金属電線の横断面における平均結晶粒径は、上記金属電線の直径の１／１０以上である、請求項１乃至５の何れか１つに記載された冷却システム。

【請求項7】

上記金属電線における鉄及びニッケルの総含有量は、１ｐｐｍ以下である、請求項１乃至６の何れか１つに記載された冷却システム。

【請求項8】

上記金属電線は、ポリイミド樹脂製の絶縁層で被覆されている、請求項１乃至７の何れか１つに記載された冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却システムに関し、特に、電線やケーブルに用いる低電気抵抗の線状導体の冷却システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年のエネルギー問題に伴って、電線やケーブルでは、低損失化が要望されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、銀が１ｐｐｍ以下であり、イオウが０．５ｐｐｍ以下であり、残部が実質的に銅からなり、かつ残留抵抗比が４０００以上である高純度銅よりなる、超電導（超伝導）用の銅材が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、純度９９．９９９９質量％以上である高純度アルミニウムの圧延材からなり、その圧延材の表面に表面研磨処理が施されていることにより、極低温において低い電気抵抗率を発現しうる、高純度アルミニウム材が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特公平７−１０７１８１号公報

【特許文献2】特開２０１０−１５９４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、超伝導材料を導体に用いた超伝導ケーブルでは、導体を極低温に冷却及び維持するための冷却システムが必要である。ここで、この冷却システムでは、冷媒の回収及び再冷却という冷媒の相変換を行うための大掛かり装置が必要であり、また、例えば、事故時の急激な冷媒の気化に備えて堅牢な構造が必要であるので、安全性を踏まえてシステムを構築すると、コストが高くなってしまうという問題があった。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可及的にコストが抑制された冷却システムを構築することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、横断面が円形に形成され純度９９．９９９質量％以上の金属電線を有し、金属電線の横断面における平均結晶粒径が金属電線の直径の１／２０以上に形成された線状導体を第１接続部及び第２接続部の間で冷却するようにしたものである。

【0009】

具体的に本発明に係る冷却システムは、横断面が円形に形成され、純度９９．９９９質量％以上の金属電線を有し、該金属電線の横断面における平均結晶粒径が該金属電線の直径の１／２０以上に形成された線状導体と、上記線状導体の一方端に接続された第１接続部と、上記線状導体の他方端に接続された第２接続部と、上記第１接続部及び第２接続部の間に設けられ、上記線状導体を冷却する冷却装置とを備えている。

【0010】

上記の構成によれば、純度９９．９９９質量％以上の金属電線の横断面における平均結晶粒径が金属電線の直径の１／２０以上であるので、金属電線における結晶欠陥が減少して、金属電線の残留抵抗比（Residual Resistivity Ratio、以下、「ＲＲＲ」とも称する）が５００以上に高くなる。ここで、上記のような低電気抵抗で高純度の金属電線を有する線状導体は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の高い熱伝導率（２０℃）を有しているので、例えば、４．２Ｋ程度の極低温でもニオブチタンなどの超伝導材料よりも高い熱伝導率を有することになる。そのため、例えば、線状導体の一部を極低温に冷却することにより、その極低温が線状導体全体に広がって、線状導体全体が極低温に冷却される。これにより、第１接続部及び第２接続部の間で線状導体を冷却する冷却装置を簡素化することが可能になる。しかも、冷却システムを構成する線状導体は、例えば、製造及び加工が比較的に困難なニオブチタンなどの超伝導材料を用いることなく、製造及び加工が比較的に容易な金属電線を用いて構成されているので、可及的にコストが抑制された冷却システムが構築される。なお、ＲＲＲは、温度２９３Ｋ（常温２０℃）及び４．２Ｋでの電気抵抗の比である。

【0011】

上記第１接続部及び第２接続部の間には、上記冷却装置が上記線状導体に沿って互いに離間するように複数設けられ、上記複数の冷却装置の間には、上記線状導体を囲むように保冷室が設けられていてもよい。

【0012】

上記の構成によれば、互いに離間する複数の冷却装置の間に線状導体の一部を囲む保冷室が設けられているので、例えば、各冷却装置で極低温に冷却された線状導体の部分の極低温が保冷室の内部に配置する線状導体の部分に比較的高い熱伝導率を有する線状導体を介して広がることにより、線状導体全体が極低温に冷却され、線状導体を全長にわたって冷却装置で冷却する場合よりも、冷却装置がコンパクトになると共に、冷却に関するランニングコストが抑制される。

【0013】

上記冷却装置は、冷媒を介して上記線状導体を冷却し、該冷却装置に隣り合う上記保冷室に該冷却装置からの冷媒が流れ込むように設けられていてもよい。

【0014】

上記の構成によれば、冷却装置では、それに隣り合う保冷室に冷却装置からの冷媒が流れ込むようになっているので、保冷室の内部において、冷却装置からの冷媒を用いて線状導体が冷却されることになり、例えば、冷却装置から漏れ出た冷媒が有効利用される。

【0015】

上記第１接続部及び第２接続部の間には、上記冷却装置が上記線状導体の全長にわたるように１つ設けられていてもよい。

【0016】

上記の構成によれば、第１接続部及び第２接続部の間では、線状導体の全長にわたるように１つの冷却装置が設けられているので、超伝導材料を用いた線状導体を冷却する場合よりも、例えば、線状導体を内部に備え、線状導体を冷却可能に構成されたケーブルの直径が小さくなり、冷却装置がコンパクトになる。

【0017】

上記冷却装置は、上記線状導体を囲むように設けられた冷却室と、該冷却室の内部に冷媒を供給する冷媒供給部とを備えていてもよい。

【0018】

上記の構成によれば、冷却装置が線状導体を囲むように設けられた冷却室とその冷却室の内部に冷媒を供給する冷媒供給部とを備えているので、線状導体の側面に冷媒を接触させて線状導体を冷却する冷却装置が具体的に構成される。

【0019】

上記線状導体は、上記金属電線を複数有し、該複数の金属電線が互いに並行に延びるように設けられた撚り線であってもよい。

【0020】

上記の構成によれば、複数の金属電線が互いに並行に延びるように設けられた撚り線により線状導体が構成されているので、単線の金属電線を用いた場合よりも線状導体の強度が高くなる。

【0021】

上記金属電線の純度は、９９．９９９９質量％以上であってもよい。

【0022】

上記の構成によれば、金属電線の純度がいっそう高くなるので、線状導体のＲＲＲがいっそう高くなる。

【0023】

上記金属電線の横断面における平均結晶粒径は、上記金属電線の直径の１／１０以上であってもよい。

【0024】

上記の構成によれば、金属電線の横断面における平均結晶粒径が金属電線の直径の１／１０以上であるので、金属電線における結晶欠陥がいっそう減少して、線状導体のＲＲＲがいっそう高くなる。

【0025】

上記金属電線における鉄及びニッケルの総含有量は、１ｐｐｍ以下であってもよい。

【0026】

上記の構成によれば、金属電線における鉄及びニッケルの総含有量が１ｐｐｍ以下であるので、例えば、磁気共鳴画像診断装置や核磁気共鳴診断装置などの磁束密度１Ｔ以上の強磁場で好適に使用される。

【0027】

上記金属電線は、ポリイミド樹脂製の絶縁層で被覆されていてもよい。

【0028】

上記の構成によれば、金属電線がポリイミド樹脂製の絶縁層で被覆されているので、その絶縁層の柔軟性により、極低温環境（例えば、液体窒素温度：−１９６℃）であっても、金属電線を被覆する絶縁層の割れによる破壊が抑制される。また、金属電線と絶縁層とでは、それらの材質を考慮すると、熱膨張係数が必然的に大きく異なってしまう。しかしながら、線状導体の環境温度に起因して金属電線が伸縮（膨張／収縮）しても、絶縁層がその柔軟性により金属電線の側面に密着したまま金属電線の伸縮に追従するので、常温環境と極低温環境とを繰り返すような過酷な条件下であっても、絶縁層の劣化が抑制される。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、横断面が円形に形成され純度９９．９９９質量％以上の金属電線を有し、金属電線の横断面における平均結晶粒径が金属電線の直径の１／２０以上に形成された線状導体を第１接続部及び第２接続部の間で冷却するように構成されているので、可及的にコストが抑制された冷却システムを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１に係る冷却システムを示す断面図である。

【図2】実施形態１に係る冷却システムを構成する線状導体の斜視図である。

【図3】実施形態１に係る線状導体の横断面を示す模式図の第１例である。

【図4】実施形態１に係る線状導体の横断面を示す模式図の第２例である。

【図5】実施形態１に係る線状導体の製造方法を示すフローチャートである。

【図6】実施形態１に係る線状導体の製造方法を示すフローチャートの変形例である。

【図7】実施形態１に係る冷却システムを構成する他の線状導体の斜視図である。

【図8】実施形態１に係る他の線状導体の製造方法を示すフローチャートである。

【図9】実施形態２に係る冷却システムを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。

【0032】

《発明の実施形態１》
図１〜図８は、本発明に係る冷却システムの実施形態１を示している。ここで、図１は、本実施形態の冷却システム５０ａを示す断面図である。また、図２は、冷却システム５０ａを構成する線状導体２０ａの斜視図である。また、図３及び図４は、線状導体２０ａの横断面を示す模式図の第１例及び第２例である。また、図５及び図６は、線状導体２０ａの製造方法を示すフローチャートである。また、図７は、冷却システム５０ａを構成する線状導体２０ｂの斜視図である。また、図８は、線状導体２０ｂの製造方法を示すフローチャートである。

【0033】

冷却システム５０ａは、図１に示すように、線状導体２０と、線状導体２０の長さ方向の一方端に接続された第１接続部２１と、線状導体２０の長さ方向の他方端に接続された第２接続部２２と、第１接続部２１及び第２接続部２２の間に互いに離間するように設けられ、線状導体２０を冷却するための複数の冷却装置３０と、隣り合う一対の冷却装置３０の間にそれぞれ設けられ、線状導体２０を保冷するための複数の保冷室４０とを備えている。なお、本実施形態では、線状導体２０として、側面に導体が露出する線状導体２０ａ（図２参照）と、側面に導体が露出しない線状導体２０ｂ（図７参照）とを例示する。

【0034】

線状導体２０ａは、図２に示すように、互いに並行に延びるように設けられた複数本（例えば、７本）の金属電線１０を撚り合わせた撚り線である。

【0035】

金属電線１０は、図２に示すように、横断面が円形に形成され、例えば、銅、アルミニウム、銀などにより構成されている。ここで、金属電線１０の金属の純度は、９９．９９９質量％以上であり、好ましくは９９．９９９９質量％以上であり、より好ましくは、９９．９９９９８質量％以上である。また、金属電線１０の横断面における平均結晶粒径は、金属電線１０の直径の１／２０以上（例えば、１／１０程度、図３参照）であり、好ましくは、金属電線１０の直径の１／１０以上（例えば、１／５程度、図４参照）である。また、金属電線１０における鉄及びニッケルの総含有量は、１ｐｐｍ以下である。

【0036】

金属電線１０は、常温（２０℃）での電気抵抗Ｒ_293K及び４．２Ｋでの電気抵抗Ｒ_4.2Kの比率、すなわち、残留抵抗比（ＲＲＲ＝Ｒ_293K／Ｒ_4.2K）が５００以上、好ましくは５０００以上になっている。また、金属電線１０は、銅製の場合３８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、アルミニウム製の場合２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、銀製の場合４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の高い熱伝導率（２０℃）を有している。ここで、熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ １６１１に基づいてレーザーフラッシュ法により測定される。

【0037】

一方、線状導体２０ｂは、図７に示すように、互いに並行に延びるように設けられた複数本（例えば、７本）の絶縁電線１５を撚り合わせた撚り線である。

【0038】

絶縁電線１５は、図７に示すように、金属電線１０と、金属電線１０の側面を被覆するように設けられたポリイミド樹脂製の絶縁層１１とを備えている。

【0039】

絶縁層１１は、例えば、ブロック共重合ポリイミドにより構成されている、ここで、このブロック共重合ポリイミドは、例えば、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を有し、分子中にアニオン性基を有している。また、このブロック共重合ポリイミドは、例えば、重量平均分子量が４５０００〜９００００であり、数平均分子量が２００００〜４００００である。なお、絶縁層１１の膜厚は、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度である。

【0040】

第１接続部２１及び第２接続部２２は、例えば、銅製の接続端子であり、線状導体２０と圧着又は圧縮などにより固定されている。

【0041】

冷却装置３０は、図１に示すように、線状導体２０の一部を囲むように設けられた冷却室３１と、冷却室３１の後述する円筒体の側面に接続された冷媒供給部３２とを備えている。

【0042】

冷却室３１は、例えば、線状導体２０の周囲に設けられた円筒体と、その円筒体の一対の開口部にそれぞれ設けられ、線状導体２０が挿入された一対の環状体とを備え、ほぼ閉じた空間を形成している。ここで、冷却室３１は、例えば、真空断熱層が壁間に形成されたステンレス製の２重壁などの構造を有している。

【0043】

冷媒供給部３２は、例えば、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒Ｃを冷却室３１の内部に供給するように設けられている。

【0044】

なお、本実施形態では、線状導体２０に液体の冷媒Ｃを接触させて線状導体２０を冷却する冷却装置３０を例示したが、線状導体２０を冷却する冷却装置は、蒸気や冷媒などの圧縮を利用した冷却機であってもよい。

【0045】

保冷室４０は、図１に示すように、隣り合う一対の冷却装置３０を連結すると共に、線状導体２０の一部を囲むように円筒状に設けられている。ここで、保冷室４０は、例えば、真空断熱層が管間に形成されたステンレス製の２重管などにより構成されている。

【0046】

上記構成の冷却システム５０ａは、図１に示すように、各冷却装置３０の冷却室３１の内部に配置する線状導体２０を冷媒Ｃで冷却すると共に、冷却室３１に隣り合う保冷室４０の内部に冷却室３１からの冷媒Ｃが流れ込むことにより、保冷室４０の内部において線状導体２０を保冷するだけでなく冷却もするように構成されている。

【0047】

次に、本実施形態の冷却システム５０ａを構成する線状導体２０ａの製造方法について説明する。なお、本実施形態の製造方法は、準備工程、熱処理工程及び成形工程を備える。

【0048】

＜準備工程＞
図５に示すように、例えば、電気銅を鋳造することにより純度９９．９９９質量％以上のビレットを作製した後に、その作製されたビレットを複数のステップで伸線することにより、例えば、直径０．１ｍｍ〜３．２ｍｍ程度の銅電線を作製する。

【0049】

＜熱処理工程＞
上記準備工程で作製され、ボビンに巻き取った銅電線をバッチ焼き鈍し炉の内部に搬入した後に、炉内の銅電線を３００℃以上で1時間以上（好ましくは５００℃以上で１時間以上）の条件で水素などの還元雰囲気、窒素などの不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気で熱処理することにより、銅電線の横断面における平均結晶粒径を銅電線の直径の１／２０以上、好ましくは１／１０以上にする。

【0050】

なお、本実施形態では、銅電線を一括して熱処理するバッチ処理を行う製造方法を例示したが、例えば、上記準備工程で作製された銅電線をそのまま筒状のパイプ焼き鈍し炉の内部に搬入及び搬送させることにより、炉内で銅電線を搬送しながら５００℃以上で３０秒以上（好ましくは６００℃以上で３０秒以上）の条件で水素などの還元雰囲気、又は窒素などの不活性ガス雰囲気で連続して熱処理してもよい。

【0051】

＜成形工程＞
上記熱処理工程で熱処理された銅電線を複数本準備し、それらの複数本の銅電線を撚り合わせることにより、撚り線（線状導体２０ａ）を作製する。

【0052】

以上のようにして、本実施形態の線状導体２０ａを製造することができる。

【0053】

なお、本実施形態では、熱処理工程を行った後に、成形工程を行う製造方法を例示したが、図６に示すように、上述した準備工程を行った後に、上述した成形工程を行い、最後に、上述した熱処理工程を行ってもよい。また、本実施形態の線状導体２０ｂは、上述した線状導体２０ａの製造方法と同様に、図８に示すように、上述した準備工程及び熱処理工程を行った後に、その熱処理された銅電線の側面に対する電着塗装又はディップ塗装とその後の焼き付け処理とを行うことにより、絶縁層１１を形成し、最後に、上述した成形工程を行うことにより、製造することができる。

【0054】

次に、具体的に行った実験について説明する。

【0055】

具体的には、下記の表１に示すように、実施例１〜９として、純度９９．９９９質量％、９９．９９９９質量％又は９９．９９９９８質量％の銅線材を用い、上述した線状導体２０ａの製造方法と同様に、所定の条件の熱処理を行うことにより、直径０．３２ｍｍの単線の銅電線を作製した。また、比較例１及び２として、純度９９．９９質量％及び９９．９９９質量％の銅線材を用い、所定の条件の熱処理を行うことにより、直径０．３２ｍｍの単線の銅電線を作製した。そして、それらの作製された各銅電線について、結晶粒径、ＲＲＲ、並びに鉄及びニッケルの総含有量を評価した。ここで、結晶粒径、すなわち、平均結晶粒径については、銅電線の横断面のミクロ組織から｛√（結晶の平均面積／π）｝×２の式に基づいて算出した。また、ＲＲＲについては、室温（２０℃＝２９３Ｋ）における電気抵抗Ｒ_293K、及び液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）における電気抵抗Ｒ_4.2Kを四端子法により測定して、Ｒ_293K／Ｒ_4.2Kの式より算出した。また、鉄及びニッケルの総含有量については、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のＶＧ９０００を用いて、グロー放電質量分析法により測定した。また、銅の純度は、同じくグロー放電質量分析法により、銅の含有量、又は不純物（銀、アルミニウム、ヒ素、ビスマス、クロム、鉄、マグネシウム、ナトリウム、ニッケル、硫黄、アンチモン、ケイ素などの元素）の含有量を測定することにより、算出した。

【0056】

【表1】

【0057】

実験結果としては、比較例１では、９９．９９質量％の銅線材を５００℃で１時間（３６００秒）の条件で熱処理しても、ＲＲＲが４００程度になるものの、実施例１〜３では、より高純度の９９．９９９質量％の銅線材を用い、３００℃以上で１時間以上の条件で熱処理することにより、ＲＲＲが１５００〜４６００程度に高くなることが確認された。また、連続処理を行った実施例４では、５００℃で３０秒の条件で熱処理するだけでＲＲＲが２８００程度に高くなることが確認された。さらに、９９．９９９９質量％の銅線材を用いた実施例５では、５００℃で３０秒の条件で熱処理するだけでＲＲＲが４５００程度に高くなることが確認された。また、さらに高純度の９９．９９９９８質量％の銅線材を用いた実施例６では、５００℃で３０秒の条件で熱処理するだけでＲＲＲが５４００程度に高くなることが確認された。同じく９９．９９９９８質量％の銅線材を用いた実施例７〜９では、３００℃以上で１時間以上の条件で熱処理することにより、ＲＲＲが４８００〜９８００程度に高くなることが確認された。

【0058】

また、平均結晶粒径については、比較例１及び２で、銅電線の直径の１／２２及び１／２１程度となるものの、実施例１〜９では、銅電線の直径の１／１６〜１／６程度となり、銅電線の直径の１／２０（好ましくは１／１０）以上になることが確認された。

【0059】

また、鉄及びニッケルの総含有量については、比較例１及び２で、１．１及び０．３ｐｐｍになるものの、実施例１〜９では、０．０２ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍとなり、１ｐｐｍ以下になることが確認された。

【0060】

次に、具体的に行った他の実験について説明する。

【0061】

実施例として、純度９９．９９９９質量％で直径１．０ｍｍの銅電線を用いて、上述した実施例９の熱処理を行った後に、その側面にポリイミド樹脂を電着塗装することにより、厚さ１０μｍ程度のポリイミド樹脂製の絶縁層を有する絶縁電線を作製した。また、比較例として、純度９９．９９９９質量％で直径１．０ｍｍの銅電線を用いて、上述した実施例９の熱処理を行った後に、その側面にエポキシ樹脂をディップ塗装することにより、厚さ１０μｍ程度のエポキシ樹脂製の絶縁層を有する絶縁電線を作製した。それらの作製された各絶縁電線を内径１ｍｍでコイル状に緊密に１０回巻き付けて試験体をそれぞれ作製し、それらの各試験体を液体窒素に１０分間浸漬した後に、常温（２０℃）に戻し、各試験体の絶縁層の表面を２０倍の拡大鏡で観察して、割れの有無を確認した。

【0062】

実験結果としては、実施例では、絶縁層に割れが確認されなかったのに対し、比較例では、絶縁層に割れが確認された。

【0063】

なお、上記各実施例では、金属電線として銅電線を例示したが、本発明は、アルミニウムや銀製などの金属電線にも適用することができる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、純度９９．９９９質量％以上の各金属電線１０の横断面における平均結晶粒径が金属電線１０の直径の１／２０以上であるので、金属電線１０における結晶欠陥が減少して、金属電線１０のＲＲＲが５００以上に高くなる。ここで、このような低電気抵抗で高純度の金属電線１０を有する線状導体２０は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の高い熱伝導率（２０℃）を有しているので、例えば、４．２Ｋ程度の極低温でもニオブチタンなどの超伝導材料よりも高い熱伝導率を有することになる。そのため、線状導体２０の一部を極低温に冷却することにより、その極低温が線状導体２０全体に広がって、線状導体２０全体が極低温に冷却される。これにより、第１接続部２１及び第２接続部２２の間で線状導体２０を冷却する冷却装置３０を簡素化することができる。しかも、冷却システム５０ａを構成する線状導体２０は、例えば、製造及び加工が比較的に困難なニオブチタンなどの超伝導材料を用いることなく、製造及び加工が比較的に容易な金属電線１０を用いて構成されているので、可及的にコストが抑制された冷却システム５０ａを構築することができる。

【0065】

また、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、互いに離間する複数の冷却装置３０の間に線状導体２０の一部を囲む保冷室４０が設けられているので、各冷却装置３０で極低温に冷却された線状導体２０の部分の極低温が保冷室４０の内部に配置する線状導体２０の部分に比較的高い熱伝導率を有する線状導体２０を介して広がることにより、線状導体２０全体が極低温に冷却され、線状導体を全長にわたって冷却装置で冷却する場合よりも、冷却装置３０をコンパクトにすることができると共に、冷却に関するランニングコストを抑制することができる。

【0066】

また、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、冷却装置３０では、それに隣り合う保冷室４０に冷却装置３０からの冷媒Ｃが流れ込むようになっているので、保冷室４０の内部において、冷却装置３０からの冷媒Ｃを用いて線状導体２０が冷却されることになり、冷却装置３０から漏れ出た冷媒Ｃを有効利用することができる。

【0067】

また、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、複数の金属電線１０が互いに並行に延びるように設けられた撚り線により線状導体２０が構成されているので、単線の金属電線を用いた場合よりも線状導体２０の強度を高くすることができる。

【0068】

また、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、金属電線１０における鉄及びニッケルの総含有量が１ｐｐｍ以下であるので、例えば、磁気共鳴画像診断装置や核磁気共鳴診断装置などの磁束密度１Ｔ以上の強磁場で好適に使用することができる。

【0069】

また、本実施形態の冷却システム５０ａによれば、線状導体２０を構成する金属電線１０が高純度の銅電線である場合には、導体が超伝導材料でなく、接続技術が確立された銅電線であるので、周辺機器との接続を容易に行うことができる。

【0070】

また、本実施形態の線状導体２０ｂを用いた冷却システム５０ａによれば、金属電線１０がポリイミド樹脂製の絶縁層１１で被覆されているので、絶縁層１１の柔軟性により、極低温環境（液体窒素温度：−１９６℃）であっても、金属電線１０を被覆する絶縁層１１の割れによる破壊を抑制することができる。また、金属電線１０と絶縁層１１とでは、それらの材質を考慮すると、熱膨張係数が必然的に大きく異なってしまう。しかしながら、線状導体２０ｂの環境温度に起因して金属電線１０が伸縮（膨張／収縮）しても、絶縁層１１がその柔軟性により金属電線１０の側面に密着したまま金属電線１０の伸縮に追従するので、常温環境と極低温環境とを繰り返すような過酷な条件下であっても、絶縁層１１の劣化を抑制することができる。

【0071】

《発明の実施形態２》
図９は、本実施形態の冷却システム５０ｂを示す断面図である。なお、以下の実施形態において、図１〜図８と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0072】

上記実施形態１では、複数の冷却装置３０を備えた冷却システム５０ａを例示したが、本実施形態では、１つの冷却装置３５を備えた冷却システム５０ｂを例示する。

【0073】

冷却システム５０ｂは、図９に示すように、上記実施形態１の線状導体２０ａ又は２０ｂからなる線状導体２０と、線状導体２０の長さ方向の一方端に接続された第１接続部２１と、線状導体２０の長さ方向の他方端に接続された第２接続部２２と、第１接続部２１及び第２接続部２２の間に設けられ、線状導体２０を冷却するための冷却装置３５とを備えている。

【0074】

冷却装置３５は、図９に示すように、線状導体２０の全体を囲むように設けられた冷却室３３と、冷却室３３の後述する円筒体の側面に接続された冷媒供給部３４とを備えている。

【0075】

冷却室３３は、例えば、線状導体２０の周囲に設けられた円筒体と、その円筒体の一対の開口部にそれぞれ設けられ、線状導体２０が挿入された一対の環状体とを備え、ほぼ閉じた空間を形成している。ここで、冷却室３３は、例えば、真空断熱層が壁間に形成されたステンレス製の２重壁などの構造を有している。

【0076】

冷媒供給部３４は、例えば、液体ヘリウムなどの冷媒Ｃを冷却室３３の内部に供給するように設けられている。

【0077】

上記構成の冷却システム５０ｂは、図９に示すように、冷却装置３５の冷却室３１の内部に配置する線状導体２０を冷媒Ｃで冷却するように構成されている。

【0078】

以上説明したように、本実施形態の冷却システム５０ｂによれば、上記実施形態１と同様に、横断面が円形に形成され純度９９．９９９質量％以上の金属電線１０を複数有し、各金属電線１０の横断面における平均結晶粒径が金属電線１０の直径の１／２０以上に形成された線状導体２０を第１接続部２１及び第２接続部２２の間で冷却するように構成されているので、可及的にコストが抑制された冷却システム５０ｂを構築することができる。

【0079】

また、本実施形態の冷却システム５０ｂによれば、第１接続部２１及び第２接続部２２の間では、線状導体２０の全長にわたるように１つの冷却装置３５が設けられているので、超伝導材料を用いた線状導体を冷却する場合よりも、線状導体２０を内部に備え、線状導体２０を冷却可能に構成されたケーブルの直径が小さくなり、冷却装置３５をコンパクトにすることができる。

【0080】

なお、上記各実施形態では、７本の単線からなる撚り線の線状導体を備えた冷却システムを例示したが、本発明は、７本以外の単線からなる撚り線や１本の単線の線状導体を備えた冷却システム、及び互いに並行に延びるように複数の線状導体が設けられた冷却システムにも適用することができる。

【0081】

また、上記各実施形態では、横断面が円形に形成された丸線の線状導体を備えた冷却システムを例示したが、本発明は、横断面が扁平した円形に形成された線状導体、横断面が矩形状に形成された平角線の線状導体、又は管状導体などを備えた冷却システムにも適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

以上説明したように、本発明は、可及的にコストが抑制された冷却システムを構築することができるので、低電気抵抗が要望される（電力）ケーブルについて有用である。

【符号の説明】

【0083】

１０ 金属電線
１１ 絶縁層
２０，２０ａ，２０ｂ 線状導体（撚り線）
２１ 第１接続部
２２ 第２接続部
３０，３５ 冷却装置
３１，３３ 冷却室
３２，３４ 冷媒供給部
４０ 保冷室
５０ａ，５０ｂ 冷却システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】