JP2004207305A - 電流リード - Google Patents

Abstract

【課題】複数の超電導コイルに接続される３本以上の導体を、通電の有無に係らず同時に均等に冷却することができ、さらに、電流リードの設置空間を減少させることができる電流リードを提供することを目的とする。
【解決手段】冷却ガス６は、筒状部材３の内に複数段形成された絶縁板４の冷媒槽側の切り欠き部５から筒状部材３の内に流入する。筒状部材３の内に流入した冷却ガス６は、導体２を冷却しながら各絶縁板４の切り欠き部５を通過し、筒状部材３内を冷媒槽側から電源側に向かってジグザクに流れる。この電流リード１では、１つの筒状部材３内に、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容し、かつ、冷却ガス６によって、複数の導体２を同時に均等に冷却することができる。また、電流リード１の設置空間を減少させることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臨界温度以下に保持されるコイルや素子などの超電導部材と室温にある電源とを電気的に接続する電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導の最大の特徴は、電気抵抗がゼロであるためにジュール熱などの発生がなく、無損失で大電流を流すことができることである。その特徴を利用した代表的な応用例が、超電導マグネット装置である。
【０００３】
超電導マグネット装置では、室温に設置された電源から臨界温度以下に設置された超電導コイルまで電流を供給する電流リードが設けられている。通常、この電流リードを構成する導体は、電気抵抗の小さい銅などの材料で構成されている。
【０００４】
従来の超電導マグネット装置では、電流リードに通電中に発生するジュール熱やヒータなどによる強制的な熱を利用して、液体ヘリウム槽の液体ヘリウムを蒸発させ、その蒸発されたヘリウムガスを冷媒として用いるガス冷却式の電流リードが採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１７は、従来のガス冷却式の電流リード１００の代表的な構成を示す。また、図１８は、図１７に示されたガス冷却式の電流リード１００におけるヘリウムガスの流入方向からの平面図を示す。
【０００６】
電流リード１００は、電気的に絶縁された筒状部材１０１内に長手方向に沿って、一対、すなわち、２本の導体１０２が設置されている。これらの２本の導体１０２は、導体１０２間で放電しない程度の距離をおいて、筒状部材１０１内の中心部に設置されている。
【０００７】
また、筒状部材１０１内には、液体ヘリウム槽から蒸発したヘリウムガス１０３が流される。このヘリウムガス１０３は、臨界温度以下に保持される超電導コイルと接続された電流リード１００の低温側から室温に設置された電源と接続された電流リード１００の高温側に向かって流れる。ヘリウムガス１０３の流量は、電流リード１００の高温側に設けられた流量調整バルブで調整される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１５３５４７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年開発が行われている超電導マグネット装置の中には、複数の超電導コイルで構成されるものがある。特に、加速器に使用される超電導マグネット装置は、粒子軌道補正のため２極や４極の超電導コイルで構成されている。これらの２極や４極の超電導コイルは、中性子遮蔽の観点から放射線管理区域に設置されるため構成機器の大きさが制限される。
【００１０】
しかしながら、２極の超電導コイルの電流リードとして、従来のガス冷却式の電流リードを用いた場合、個々の超電導コイルに対し２本の電流リードが必要となり、電流リードの設置スペースがさらに必要になるという問題があった。
【００１１】
複数の超電導コイルが設置された場合には、それぞれの超電導コイルのコイル電流定格値が異なるために、各電流リードに発生するジュール熱量が異なることがあった。このように、電流リードに発生するジュール熱量が異なることにより、例えば、発生するジュール熱量の大きい電流リードでは、内部を流れるヘリウムガスなどの冷却ガスの温度が、その熱量によって上昇し、これに伴って体積も増加する。そのため、ヘリウムガスなどの冷却ガスは、発生するジュール熱量の大きい電流リードには流入し難くなり、一方、温度が低い、すなわち通電電流値が小さい電流リードに多く流入するようになる。これによって、個々の電流リードには、温度差が生じ、個々の電流リードを均等に冷却することが難しいという問題があった。
【００１２】
また、実際の超電導コイルの運転モードにより、通電しない超電導コイルがある場合にも、上述した理由から無通電の超電導コイルに接続された電流リードに、冷却ガスが多く流入し、個々の電流リードを均等に冷却することが難しいという問題があった。
【００１３】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、複数の超電導コイルに接続される３本以上の導体を、通電の有無に係らず同時に均等に冷却することができ、さらに、電流リードの設置空間を減少させることができる電流リードを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電流リードは、内部に冷媒が流れる筒状部材と、前記筒状部材内に配設された電気導体と、前記筒状部材内の前記冷媒の流れを、前記筒状部材の軸と異なる方向への冷媒の流れを形成する流れ制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、流れ制御手段は、冷媒が通過する第１の通過口が形成された第１の板と、第１の板の第１の通過口と対向しない位置に第２の通過口が形成された第２の板とを具備している。ここで、通過口は、板の表から裏へ冷媒の通過が可能ならば、その形状は限定されず、例えば、切り欠き、開口などで形成される。
【００１６】
この電流リードによれば、１つの筒状部材内に、複数の電気導体を収容し、かつ、冷却ガスによって、複数の電気導体を同時に均等に冷却することができる。また、複数の電気導体を収容することができ、この電流リードが設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リードの占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リードが設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の電流リードは、内部に冷媒が流れる筒状部材と、前記筒状部材内に、前記筒状部材の軸方向に対して傾斜して配設された電気導体とを具備することを特徴とする。ここで、電気導体が、外形が柱状の第２の筒状部材の側面に巻きつけられて、前記筒状部材の内部に配置されてもよい。
【００１８】
この電流リードによれば、１つの筒状部材内に、複数の電気導体を収容し、かつ、冷却ガスによって、複数の電気導体を同時に斑なく均等に冷却することができる。また、電気導体を軸方向に沿って直線的に設置するより、電気導体の冷却距離を長くすることができるので、電気導体の冷却を促進することができる。
【００１９】
さらに、本発明の電流リードは、少なくとも内壁面が電気絶縁材料で構成された外管と、冷媒が通過する開口部を有し、前記外管の内壁面に対応するように、前記外管内に外周が配設された金属板と、前記外管の軸に沿って、前記外管内の前記開口部と異なる箇所に、前記金属板を貫通して設置された電気導体とを具備することを特徴とする。
【００２０】
この電流リードによれば、１つの外管内に、複数の電気導体を収容し、かつ、冷却ガスによって、電気導体と冷却ガスが接触することなく、間接的に複数の電気導体を同時に均等に冷却することができる。また、複数の電気導体を収容することができ、この電流リードが設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リードの占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リードが設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の電流リード１の概要を図１および図２を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態の電流リード１の軸方向の断面図を示す。また、図２は、電流リード１の冷却ガス６の流入方向からの平面図を示す。
第１の実施の形態の電流リード１は、導体２、筒状部材３、絶縁板４で主に構成されている。
【００２３】
導体２は、良電導性の材料で構成され、その材料には、例えば、銅、黄銅などの銅合金などが用いられる。また、導体２は、断面が円、楕円または多角形などの柱体または筒体である。電流リード１が、例えば、超電導マグネット装置などに用いられる場合には、電流リード１の一端は、例えば、超電導コイルに、他端は、電源に接続される。
【００２４】
筒状部材３は、電気絶縁材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などで構成され、両端面が開口された筒形状を有している。図２に示された第１の実施の形態の電流リード１における筒状部材３は、断面形状が円筒形状をなしているが、この形状に限るものではなく、楕円または多角形などの断面形状で構成されてもよい。
【００２５】
また、筒状部材３は、筒状の導電性の材料の内壁面を、樹脂などの電気絶縁材で被覆されたものでもよい。さらに、導体２と放電をおこさない程度に、筒状部材３と導体２との距離が保持されれば、筒状の導電性の材料の内壁面を、電気絶縁材で被覆わずに構成することもできる。
【００２６】
絶縁板４は、電気絶縁材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などで構成され、絶縁板４の縁部の一部に切り欠き部５が形成されている。この絶縁板４に形成された切り欠き部５によって、冷却ガス６を絶縁板４の一方の面側から他方の面側に通過せることができる。
【００２７】
切り欠き部５の形状は、図２に示されるような３辺を直線で構成した形状に限るのではなく、３辺を曲線で構成したもの、複数のスリットで構成したもの、複数の小さい孔で構成したものなど、冷却ガス６を絶縁板４の一方の面側から他方の面側に通過せることができる構成ならばよい。また、絶縁板４の形状は、絶縁板４が接続される筒状部材３の内側断面の形状に対応させて構成することができる。
【００２８】
図１および２に示されるように、第１の実施の形態の電流リード１では、筒状部材３内に、筒状部材３の軸方向（図１では、筒状部材３の長手方向である上下方向）に、複数の絶縁板４が所定の間隔をおいて設けられている。
【００２９】
また、絶縁板４は、絶縁板４に形成された切り欠き部５が、隣りの絶縁板４に形成された切り欠き部５と筒状部材３の中心軸に対して対称な位置、つまり、中心軸に対して１８０°回転した位置になるように設置されることが好ましいが、中心軸に対して１３５°以上 ２２５°以下の回転した位置に設置されていればよい。この範囲内に隣りの絶縁板４に切り欠き部５を形成することで、冷却ガス６が絶縁板４上を横切る領域を広くとることができ、導体２を均等に冷却することができる。
【００３０】
また、４本の導体２が、筒状部材３の内径に沿って、絶縁距離以上の間隔をおいて配列され、筒状部材３に軸方向に絶縁板４を貫通して設置されている。ここで、絶縁距離とは、各導体間で放電を生じない距離をいい、印加される電圧範囲で放電を生じない距離に設定されている。また、図２に示されるように、導体２は、切り欠き部５を含む筒状部材３の内径に沿って配列されることが好ましいが、これに限るものではない。
【００３１】
なお、ここでは、２対、つまり４本の導体２が設置された一例が示されているが、さらに多くの導体２を設置することもできる。この場合には、導体２は、筒状部材３の内径に沿ってのみ配列されることはなく、筒状部材３の断面に渡って、各導体２との間を絶縁距離以上の間隔をおいて配列される。
【００３２】
液体ヘリウムなどの冷媒を有する冷媒槽から蒸発した冷却ガス６は、筒状部材３の内に複数段形成された絶縁板４の冷媒槽側の切り欠き部５から筒状部材３の内に流入する。筒状部材３の内に流入した冷却ガス６は、図１の矢印で示されるように、導体２を横切りながら冷却し、各絶縁板４の切り欠き部５を通過して、筒状部材３内を冷媒槽側から電源側（図１では下から上）に向かってジグザクに流れる。
【００３３】
なお、冷却ガス６の電流リード１からの出口は、１箇所であるため、冷却ガス６の流量は、電流リード１の一端が接続される電源側に設けられた流量調整バルブ（図示しない）で、一括して調整される。
【００３４】
本発明の第１の実施の形態の電流リード１では、１つの筒状部材３内に、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容し、かつ、冷却ガス６によって、複数の導体２を同時に均等に冷却することができる。
【００３５】
また、電流リード１では、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容することができ、この電流リード１が設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リード１の占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リード１が設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
また、図３に、電流リード１の導体２の他の構成例を示す。
図３に示された導体２の表面には、電気絶縁材による絶縁膜７が形成されている。この絶縁膜を形成する材料は、熱伝導率の大きい材料であることが好ましい。
【００３７】
超電導コイルは高電流化、高電圧化の傾向にあるため、複数の超電導コイルに接続される電流リード１の導体２は、その電圧に応じて絶縁距離をとる必要があり、電圧値が高くなれば距離も十分に長くとらなければならない。この場合、電流リード本体が大きくなり、設置空間の減少を図ることは難しいが、本実施の形態のように、導体２の表面に絶縁膜７を形成することによって、各導体２間の距離を小さくすることができる。これによって、電流リード本体を小さくすることができ、設置空間の減少を図ることができる。また、電流リード本体を大きくすることなく、電流リード１内の導体２の本数を増やすことができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の電流リード１０の概要を図４乃至９を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態の電流リード１０の軸方向の断面図を示す。また、図５は、電流リード１０の冷却ガス６の流入方向からの平面図を示す。さらに、図６乃至９は、それぞれ図４に示した電流リード１０のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図を示す。なお、第１の実施の形態の電流リード１の構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３９】
第２の実施の形態の電流リード１０は、導体２、筒状部材３、絶縁板１１、筒状仕切り部１３、板状仕切り部１４で主に構成されている。
【００４０】
絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、電気絶縁材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などで構成され、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの縁部の一部に切り欠き部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されている。この絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに形成された切り欠き部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによって、冷却ガス６を絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの一方の面側から他方の面側に通過せることができる。
【００４１】
また、切り欠き部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、導体２が挿入されたときにその導体２の周囲から冷却ガス６が流れ出すことができる程度の開口面積を有している。
【００４２】
切り欠き部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの形状は、図５乃至９に示されるような楕円形状に限るものではなく、円形、多角形などの形状で構成されたもの、導体２を挿入できるスペースを切り欠き、その周囲に多数の孔が構成されたものなどでもよい。また、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの形状は、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続される筒状部材３の内側断面の形状に対応させて構成することができる。
【００４３】
筒状仕切り部１３は、図６乃至９に示すように、電気絶縁材からなる円筒体で構成され、筒状仕切り部１３は、その中心を、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの中心とほぼ一致させて、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ上に設置されている。また、筒状仕切り部１３は、絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに形成された切り欠き部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにかからない程度の径で構成されている。
【００４４】
さらに、筒状仕切り部１３の高さは、絶縁板間の距離、つまり、例えば、絶縁板１１ａの場合には、絶縁板１１ａとその隣りの絶縁板１１ｂとの間の距離に等しく構成され、筒状仕切り部１３の一端は、絶縁板１１ｂと接続される。また、筒状仕切り部１３は、導体２との絶縁距離が十分にとれる場合には、金属で構成されてもよい。さらに、筒状仕切り部１３の形状は、断面が円の筒体が好ましいが、それ以外にも断面が楕円、多角形などの筒体でもよい。
【００４５】
板状仕切り部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、電気絶縁材からなる板で構成されている。板状仕切り部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの一端は、筒状仕切り部１３の軸方向に沿って、筒状仕切り部１３の外壁に接続され、他端は、筒状部材３の内壁に接続されている。
【００４６】
また、筒状仕切り部１３の高さは、絶縁板間の距離、つまり、例えば、絶縁板１１ａの場合には、絶縁板１１ａとその隣りの絶縁板１１ｂとの間の距離に等しく構成され、筒状仕切り部１３の一端は、絶縁板１１ｂと接続される。また、板状仕切り部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、導体２との絶縁距離が十分にとれる場合には、金属で構成されてもよい。
【００４７】
ここで、図６乃至９を参照して、第２の実施の形態の電流リード１０の構成を説明する。
第２の実施の形態の電流リード１０では、図４に示すように、筒状部材３内に、筒状部材３の軸方向に、複数の絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが所定の間隔をおいて設けられている。導体２は、筒状部材３の軸方向に複数の絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを貫通して配設されている。
【００４８】
図６に示される筒状仕切り部１３は、その中心を、絶縁板１１ａの中心とほぼ一致させて、絶縁板１１ａ上に設置されている。４本の導体２は、筒状部材３と筒状仕切り部１３との間に、筒状部材３に同心円的に等分に配設される。ここでは、４本の導体２の内１本の導体２が、絶縁板１１ａに形成された切り欠き部１２ａを通るように構成されているが、切り欠き部１２ａを導体２が通らないように構成してもよい。
【００４９】
板状仕切り部１４ａは、切り欠き部１２ａを通る導体２と、その導体２の同心円上において隣に配設された２つの導体２のうち、その一方の導体２との間に配設され、筒状仕切り部１３と筒状部材３に接続される。
【００５０】
絶縁板１１ａの隣に配設される絶縁板１１ｂは、絶縁板１１ａを筒状部材３の中心を基準に時計回りに９０°回転したものである（図７）。
【００５１】
また、絶縁板１１ｂの隣に配設される絶縁板１１ｃは、絶縁板１１ｂを筒状部材３の中心を基準に時計回りに９０°回転したものである（図８）。
【００５２】
さらに、絶縁板１１ｃの隣に配設される絶縁板１１ｄは、絶縁板１１ｃを筒状部材３の中心を基準に時計回りに９０°回転したものである（図９）。
【００５３】
このように構成された電流リード１０において、絶縁板１１ａに形成された切り欠き部１２ａと導体２との間から流入した冷却ガス６は、筒状部材３、筒状仕切り部１３、板状仕切り部１４ａ、絶縁板１１ａおよび絶縁板１１ｂによって形成される流路に沿って流れる。ここで、冷却ガス６は、流路の一部が板状仕切り部１４ａによって仕切られているので、切り欠き部１２ａから直接的に切り欠き部１２ｂに流れることはなく、絶縁板１１ａ上を回転し、４本の導体２を冷却して切り欠き部１２ｂに流入する。
【００５４】
続いて、冷却ガス６は、絶縁板１１ｂに形成された切り欠き部１２ｂと導体２との間から、筒状部材３、筒状仕切り部１３、板状仕切り部１４ｂ、絶縁板１１ｂおよび絶縁板１１ｃによって形成される流路に流入する。
【００５５】
さらに、絶縁板１１ｂと絶縁板１１ｃとの間の流路を通過した冷却ガス６は、絶縁板１１ｃに形成された切り欠き部１２ｃと導体２との間から、筒状部材３、筒状仕切り部１３、板状仕切り部１４ｃ、絶縁板１１ｃおよび絶縁板１１ｄによって形成される流路に流入する。
【００５６】
このように、絶縁板１１ａに形成された切り欠き部１２ａと導体２との間から流入した冷却ガス６は、２つの絶縁板、筒状部材３、筒状仕切り部１３、板状仕切り部で構成される流路を、導体２を冷却しながら筒状部材３内を冷媒槽側から電源側（図４では下から上）に向かって絶縁板の円周に沿って螺旋状に流れる。なお、冷却ガス６の電流リード１０からの出口は、１箇所であるため、冷却ガス６の流量は、電流リード１０の一端が接続される電源側に設けられた流量調整バルブ（図示しない）で、一括して調整される。
【００５７】
なお、ここでは、２対、つまり４本の導体２が設置された例が示されているが、導体２間の絶縁距離が保持されれば、さらに多くの導体２を設置することもできる。また、導体２の表面に、電気絶縁材による絶縁膜を形成してもよい。導体２の表面に絶縁膜を形成することによって、各導体２間の距離を小さく構成することができ、電流リード本体を大きくすることなく、電流リード１０内の導体２の本数を増やすことができる。
【００５８】
さらに、図６乃至９に示すように、連続する絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに形成される切り欠き部は、筒状部材３の中心を基準に９０°ずつずれた位置に形成されているが、この構成に限るものではない。例えば、絶縁板１１ａと絶縁板１１ｂに形成される切り欠き部を対向する位置に形成し、絶縁板１１ａの切り欠き部１２ａから流出する冷却ガス６と絶縁板１１ｂの切り欠き部１２ｂに流入する冷却ガス６とを仕切るように、絶縁板１１ａと絶縁板１１ｂとの間に筒状部材３の中心に対して傾けて板状仕切り部１４ａを設置してもよい。これによって、冷却ガス６が絶縁板上をほぼ３６０°回転しながら導体２を冷却することができる。
【００５９】
本発明の第２の実施の形態の電流リード１０では、１つの筒状部材３内に、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容し、かつ、冷却ガス６によって、複数の導体２を同時に均等に冷却することができる。また、電流リード１０では、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容することができ、この電流リード１０が設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リード１０の占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リード１０が設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００６０】
さらに、冷却ガス６は、電流リード１０内を絶縁板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの円周に沿って螺旋状に流れるので、斑なく複数の導体２を同時に均等に冷却することができる。
【００６１】
また、電流リード１０の冷却ガス６の流れる流路は、筒状部材３、筒状仕切り部１３、板状仕切り部１４ａ、絶縁板１１ａおよび絶縁板１１ｂによって形成されているため、電流リード１０の冷却ガス６の流れる流路断面積は、例えば、図１７に示す従来の電流リード１００の冷却ガス１０３の流れる流路断面積と比べて小さい。これによって、電流リード１０の流路を流れる冷却ガス６の流速は、電流リード１００の流路を流れる冷却ガス１０３の流速より大きくなるため、電流リード１０では、冷却ガス６と導体２との熱伝達を促進することができる。
【００６２】
また、図１０に、電流リード１０の他の構成例を示す。
図１０に示された電流リード１０では、図５に示す導体２の代わりに、複数の細い柱状の導体１５を束ねた導体群１６で構成されている。導体群１６を構成する各導体１５の断面積の加算値は、図５に示す１つの導体２の断面積と同じになるように構成されている。また、導体１５の形状は、柱体に限らず、パイプなどの筒体でもよい。筒体の場合も、筒体の断面積の加算値は、図５に示す１つの導体２の断面積と同じになるように構成される。
【００６３】
導体群１６では、導体２の場合よりも、側面において冷却ガス６との接触表面積が大きくなるので、冷却ガス６と導体群１６との間の熱伝達が促進され、上記導体２を用いた場合の作用効果に加え、導体群１６の冷却効率を向上させることができる。
【００６４】
さらに、図１１に、電流リード１０の導体の他の構成例の断面を示す。
【００６５】
図１１に示された電流リード１０では、図５に示す導体２の代わりに、導体２の側面にスリットが形成されたスリット付導体１７で構成されている。スリット付導体１７の断面積は、図５に示す１つの導体２の断面積と同じになるように構成されている。ここで、導体２の側面に形成されるのはスリットに限らず、導体２の側面積を増加させる構成ならよく、例えば、切り欠き、バッフルなどを設けることもできる。
【００６６】
スリット付導体１７では、導体２の場合よりも、側面において冷却ガス６との接触表面積が大きくなるので、冷却ガス６とスリット付導体１７との間の熱伝達が促進され、上記導体２を用いた場合の作用効果に加え、スリット付導体１７の冷却効率を向上させることができる。
【００６７】
さらに、図１２に、電流リード１０の導体の他の構成例の斜視図を示す。また、図１３に、電流リード１０の導体の他の構成例の断面図を示す。
【００６８】
図１２および１３に示された電流リード１０では、図５に示す柱体の導体２の代わりに、筒体の導体１８が用いられている。導体１８の中央の貫通部の少なくとも一部に、温度、電圧などを測定するための計測線１９が固着されている。また、導体１８の中央の貫通部は、計測線１９が固着されることによって閉鎖される。一端が固着された計測線１９は、導体１８内に沿わして電源側に設けられた計測ポート（図示しない）から各測定器に配線される。なお、導体１８内に沿って配線される計測線１９の側面は、電気絶縁材の絶縁膜１９ａで覆われている。
【００６９】
導体１８内の所定の位置に計測線１９を固着することで、その固着された位置における導体１８の温度や電圧を測定することができる。また、計測線１９が固着された部分で、導体１８の貫通部が閉鎖されるので、冷却ガス６が導体１８を介して外部に流出することはない。
【００７０】
なお、導体群１６、スリット付導体１７、計測線１９を有する筒体の導体１８は、第１の実施の形態の電流リード１の導体２の代わりに用いられることもできる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の電流リード２０の概要を図１４を参照して説明する。図１４は、第３の実施の形態の電流リード２０の軸方向の断面図を示す。なお、第１および２の実施の形態の電流リードの構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００７２】
第３の実施の形態の電流リード２０は、筒状部材３、導体２１、絶縁芯部材２２で主に構成されている。
【００７３】
導体２１は、良電導性の材料で構成され、その材料には、例えば、銅、黄銅などの銅合金などが用いられる。また、導体２１は、断面が円、楕円または多角形などの柱体または筒体である。
【００７４】
絶縁芯部材２２は、筒体または柱体の形状をなし、電気絶縁材である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などで構成されている。
【００７５】
図１４に示すように、電流リード２０では、複数の導体２１が、絶縁芯部材２２の表面に螺旋状に巻きつけられて設置されている。また、複数の導体２１が螺旋状に巻きつけられた絶縁芯部材２２は、筒状部材３の中に設置されている。冷却ガス６は、筒状部材３と複数の導体２１が螺旋状に巻きつけられた絶縁芯部材２２との間を、冷媒槽側から電源側（図１４では下から上）に向かって流れる。また、冷却ガス６の一部は、絶縁芯部材２２に螺旋状に巻きつけられた導体２１間を流れる。ここで、導体２１の表面に、電気絶縁材による絶縁膜が形成されてもよい。
【００７６】
ここでは、筒状部材３の内壁に絶縁芯部材２２に螺旋状に巻きつけられた導体２１が接するように設置されてもよい。この場合には、冷却ガス６は、絶縁芯部材２２に螺旋状に巻きつけられた導体２１、筒状部材３、絶縁芯部材２２とで形成される流路を流れる。
【００７７】
なお、冷却ガス６の電流リード２０からの出口は、１箇所であるため、冷却ガス６の流量は、電流リード２０の一端が接続される電源側に設けられた流量調整バルブ（図示しない）で、一括して調整される。
【００７８】
本発明の第３の実施の形態の電流リード２０では、１つの筒状部材３内に、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２１を収容し、かつ、冷却ガス６によって、複数の導体２１を同時に均等に冷却することができる。
【００７９】
また、電流リード２０では、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２１を収容することができ、この電流リード２０が設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リード２０の占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リード２０が設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００８０】
さらに、導体２１が、絶縁芯部材２２の表面に螺旋状に巻きつけられて設置されるので、導体を直線的に設置するより、導体の冷却距離を長くすることができ、導体２１の冷却を促進することができる。
【００８１】
また、冷却ガス６は、筒状部材３と複数の導体２１が螺旋状に巻きつけられた絶縁芯部材２２との間を流れ、その一部は、絶縁芯部材２２に螺旋状に巻きつけられた導体２１間を流れるので、斑なく複数の導体２１を同時に均等に冷却することができる。
【００８２】
また、電流リード２０の冷却ガス６の流れる流路断面積は、例えば、図１７に示す従来の電流リード１００の冷却ガス１０３の流れる流路断面積と比べて小さい。これによって、電流リード２０の流路を流れる冷却ガス６の流速は、電流リード１００の流路を流れる冷却ガス１０３の流速より大きくなるため、電流リード２０では、冷却ガス６と導体２１との熱伝達を促進することができる。
【００８３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の電流リード３０の概要を図１５および１６を参照して説明する。図１５は、第４の実施の形態の電流リード３０の軸方向の断面図を示す。また、図１６は、電流リード３０の冷却ガス６の流入方向からの平面図を示す。なお、第１乃至３の実施の形態の電流リードの構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００８４】
第４の実施の形態の電流リード３０は、導体２、筒状部材３、金属板３１、流路筒体３２で主に構成されている。
【００８５】
金属板３１は、熱伝導率の大きな材料で構成され、その材料には、例えば、銅、銅合金、アルミニウムなどが用いられる。金属板３１の中央には、流路筒体３２を貫通させるための孔が開けられている。また、金属板３１の中央に開けられた孔と同心円的に導体２を貫通させるための孔が開けられている。導体２を貫通させるための孔の壁部には、導体２と電気的に絶縁するため絶縁膜３３が形成されている。この絶縁膜３３を形成する材料は、熱伝導率の大きい材料であることが好ましい。なお、金属板３１の形状は、金属板３１が接する筒状部材３の内側断面の形状に対応させて構成することができる。
【００８６】
流路筒体３２は、熱伝導率の大きな材料で構成された円筒体であり、その材料には、例えば、銅、銅合金、アルミニウムなどが用いられる。流路筒体３２は、筒状部材３の軸方向に、金属板３１の中央に開けられた孔を貫通している。なお、流路筒体３２は円筒体以外にも、断面が楕円、多角形などの形状を有する筒体で構成されてもよい。また、流路筒体３２を設けないで、電流リード３０を構成することもできる。
【００８７】
図１５および１６に示されるように、第１の実施の形態の電流リード３０では、筒状部材３内に、筒状部材３の軸方向（図１５では、筒状部材３の長手方向である上下方向）に、複数の金属板３１が所定の間隔をおいて設けられている。
【００８８】
４本の導体２が、金属板３１に中央に開けられた孔と同心円的に開けられた孔を貫通し、その孔に接して筒状部材３の軸方向に設置されている。金属板３１が貫通する孔の壁部は、絶縁膜３３が形成されているため、導体２から金属板３１に電流が流れることはないが、金属板３１と導体２との絶縁をさらに強化するため、導体２の側面に絶縁膜を形成することもできる。
また、流路筒体３２が、金属板３１の中央に開けられた孔を貫通し、その孔にに接して設置されている。
【００８９】
なお、ここでは、２対、つまり４本の導体２が設置された一例が示されているが、さらに多くの導体２を設置することもできる。
【００９０】
液体ヘリウムなどの冷媒を有する冷媒槽から蒸発した冷却ガス６は、筒状部材３の内の流路筒体３２に流入する。流路筒体３２に流入した冷却ガス６は、流路筒体３２内を筒状部材３の軸方向に流れる間に、熱伝達によって流路筒体３２を冷却する。流路筒体３２が冷却されると、熱伝導によって、導体２の熱が金属板３１を介して流路筒体３２に伝えられる。流路筒体３２に伝えられた熱は、冷却ガス６に熱伝達によって熱が伝えられる。このような熱移動によって、導体２が冷却される。
【００９１】
また、流路筒体３２の内壁には、流路筒体３２と冷却ガス６との間の熱交換を促進するために、フィンなどを設け表面積を増加せることもできる。なお、冷却ガス６の電流リード３０からの出口は、１箇所であるため、冷却ガス６の流量は、電流リード１の一端が接続される電源側に設けられた流量調整バルブ（図示しない）で、一括して調整される。また、電流リード３０の導体２の代わりに、前述した導体群１６、スリット付導体１７、計測線１９を有する筒体の導体１８を用いることもできる。
【００９２】
本発明の第４の実施の形態の電流リード３０では、１つの筒状部材３内に、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容し、かつ、冷却ガス６によって、導体２と冷却ガス６が接触することなく、間接的に複数の導体２を同時に均等に冷却することができる。
【００９３】
また、電流リード３０では、複数の超電導コイルに接続される複数の導体２を収容することができ、この電流リード３０が設置される、例えば、超電導マグネット装置において電流リード３０の占める設置空間の割合を減少させることができるので、電流リード３０が設置される装置などのコンパクト化を図ることができる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の電流リードによれば、複数の超電導コイルに接続される３本以上の導体を、通電の有無に係らず同時に均等に冷却することができ、さらに、電流リードの設置空間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電流リードの断面図。
【図２】第１の実施の形態の電流リードの冷却ガスの流入方向からの平面図。
【図３】第１の実施の形態の電流リードにおける導体の他の構成例を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の電流リードの断面図。
【図５】第２の実施の形態の電流リードの冷却ガスの流入方向からの平面図。
【図６】第２の実施の形態の電流リードのＡ−Ａ断面図。
【図７】第２の実施の形態の電流リードのＢ−Ｂ断面図。
【図８】第２の実施の形態の電流リードのＣ−Ｃ断面図。
【図９】第２の実施の形態の電流リードのＤ−Ｄ断面図。
【図１０】第２の実施の形態の電流リードの他の構成例を示す断面図。
【図１１】第２の実施の形態の電流リードの導体の他の構成例を示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態の電流リードの導体の他の構成例の斜視図。
【図１３】第２の実施の形態の電流リードの導体の他の構成例の断面図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の電流リードの断面図。
【図１５】本発明の第４の実施の形態の電流リードの断面図。
【図１６】第４の実施の形態の電流リードの冷却ガスの流入方向からの平面図。
【図１７】従来の代表的なガス冷却式の電流リードの断面図。
【図１８】従来の代表的なガス冷却式の電流リードにおけるヘリウムガスの流入方向からの平面図。
【符号の説明】
１…電流リード
２…導体
３…筒状部材
４…絶縁板
５…切り欠き部
６…冷却ガス

Claims (11)

1. 内部に冷媒が流れる筒状部材と、
   前記筒状部材内に配設された電気導体と、
   前記筒状部材内の前記冷媒の流れを、前記筒状部材の軸方向と異なる方向へ変える流れ制御手段と
   を具備することを特徴とする電流リード。
2. 前記流れ制御手段が、
   冷媒が通過する第１の通過口が形成された第１の板と、前記第１の板の第１の通過口と対向しない位置に第２の通過口が形成された第２の板とを具備することを特徴とする請求項１記載の電流リード。
3. 前記流れ制御手段が、
   冷媒が通過する第３の通過口が形成された第３の板と、第４の通過口が形成された第４の板と、前記第３の通過口から流出した前記冷媒が直接的に前記第４の通過口に流入するのを制限する流れ制限部とを具備することを特徴とする請求項１記載の電流リード。
4. 内部に冷媒が流れる筒状部材と、
   前記筒状部材内に、前記筒状部材の軸方向に対して傾斜して配設された電気導体と
   を具備することを特徴とする電流リード。
5. 前記電気導体が、
   外形が柱状の第２の筒状部材の側面に巻きつけられて、前記筒状部材の内部に配置されることを特徴とする請求項４記載の電流リード。
6. 少なくとも内壁面が電気絶縁材料で構成された外管と、
   冷媒が通過する開口部を有し、前記外管の内壁面に対応するように、前記外管内に外周が配設された金属板と、
   前記外管の軸に沿って、前記外管内の前記開口部と異なる箇所に、前記金属板を貫通して設置された電気導体と
   を具備することを特徴とする電流リード。
7. 前記開口部の内部に側面が接するように挿入された金属筒状部材をさらに具備することを特徴とする請求項６記載の電流リード。
8. 前記電気導体が、
   複数の柱状または筒状の電気導体で構成されたとこを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電流リード。
9. 前記電気導体の側面が、
   凹凸形状をなしていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電流リード。
10. 前記電気導体の側面に、
    電気絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電流リード。
11. 前記電気導体が、
    前記電気導体の内部の所定の位置に一端が接続され、電気的に絶縁されて前記電気導体の内部を経由して、他端が前記電気導体の一端から外部に引き出される測定線を具備してなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電流リード。

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