JP2011176025A - 超電導装置用ブッシング - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により結露を防止できる超電導装置用ブッシングを得る。
【解決手段】超電導装置用ブッシングは、超電導機器を収容した真空容器に取付けられて、超電導機器と外部回路とを電気的に接続するための電流リードと、電流リードを電流リードが真空容器を貫通する貫通部分において電気的絶縁状態で真空容器に対して支持する気密性の取付フランジと、電流リードを貫通部分において、真空容器に対して電気的絶縁状態で熱短絡する熱伝導部材とを備えている。
【効果】簡単な構成により結露を防止でき、また通電時の温度上昇も抑制することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は超電導装置用ブッシングに関するものであり、特に超電導マグネットの電流導入端子などに用いて有用な超電導装置用ブッシングに関するものである。

従来の超電導装置用ブッシングの一例として知られている超電導マグネットの電流導入端子においては、コネクタ導体が、超電導コイルを収容したクライオスタット壁体を伸縮継手を介して貫通して延びていて、超電導コイルと外部回路とが接続されている。クライオスタット壁体外部のコネクタ導体は周囲温度よりも低温であるので、この温度差による結露を防ぐために電流導入端子が乾燥気体を封入した結露防止カバーで覆われている。（例えば特許文献１参照）

特開平９−１６７７０４号公報（特に段落０００８、図１）

このような超電導装置用ブッシングにあっては、乾燥空気を封入した結露防止カバー内では結露を防止できるが、カバーから取り出された部位での結露を防ぐことは、カバーの大きさに制限があるなどの理由で容易では無く、必要に応じてヒータ加熱しなければならなかった。

従ってこの発明の目的は、簡単な構成により結露を防止できる超電導装置用ブッシングを得ることである。

この発明によれば、超電導機器を収容した真空容器に取付けられて、上記超電導機器と外部回路とを電気的に接続するための電流リードおよび上記電流リードを上記電流リードが上記真空容器を貫通する貫通部分において電気的絶縁状態で上記真空容器に対して支持する気密性の取付フランジを備えた超電導装置用ブッシング装置において、上記電流リードの上記貫通部分に接続された第１端および上記真空容器に接続された第２端を有し、上記電流リードを上記真空容器に対して電気的絶縁状態で熱短絡する熱伝導部材を備えていることを特徴とする超電導装置用ブッシングが得られる。

この発明の超電導装置用ブッシングによれば、簡単な構成により結露を防止でき、また通電時の温度上昇も抑制することができる。

この発明の超電導装置用ブッシングの第１の実施の形態を示す概略側面断面図である。 この発明の超電導装置用ブッシングの第２の実施の形態を示す概略側面断面図である。 この発明の超電導装置用ブッシングの第３の実施の形態を示す概略側面断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１において、この発明の超電導装置用ブッシングは、図示してない超電導マグネット等の超電導機器を収容した真空容器１に取付られて、超電導機器と外部導体等の外部回路２とを電気的に接続するための電流リード３と、電流リード３を、電流リード３が真空容器１を貫通して延びる電流リード３の貫通部分４において、真空容器１に対して電気的絶縁状態で真空容器１に対して支持する気密性の取付フランジ５と、電流リード３を貫通部分４において真空容器１に対して電気的絶縁状態で熱短絡する熱伝導部材６とを備えている。

真空容器１は、周知の通り冷媒中に設けられた超電導機器を収容する断熱容器を囲む容器であって、図示はしてないが、真空容器１内には、ヘリウム槽、輻射熱シールドおよび断熱材などが設けられており、真空容器１と共にクライオスタットの壁体を構成している。真空容器１には開口７が設けられていて、電流リード３の貫通部分４が貫通している。取付フランジ５は、外端で開口７の縁部に連結され、内端で電流リード３の貫通部分４に連結され、伸縮性のベローズ等を備えた絶縁性のカップ状の部材であって、真空容器１と電流リード３との間を気密に封止し電気的に絶縁している。

電流リード３の外端には、ボルト・ナット等の締結具８によって導体である外部回路２が接続されていて、真空容器１の内側の内端には、図示してないが例えば−２００℃の中間温度を経由して例えば−２６９℃（４Ｋ）の極低温の超電導機器が接続されている。このため電流リード３は、真空容器１を貫通して延びる部分である貫通部分４で真空容器１の外部の周囲温度よりも低温になり、電流リード３および取付フランジ５の表面に結露が起こることがある。

熱伝導部材６は、このような結露を防ぐために、電流リード３が外気に露出する部分と真空容器１との間に接続されてその間を熱的に短絡させるものであり、電流リード３に接続された第１端６ａと、真空容器１に接続される第２端６ｂとを持っている。熱伝導部材６は、可撓性の線状体である熱伝導体９と、熱伝導体９の電流リード３側の一端に熱伝導関係に接続された第１熱伝導端子１０と、第１熱伝導端子１０に熱伝導関係に接続された電気絶縁体１１と、熱伝導体９の他端に接続された第２熱伝導端子１２とを備えている。図示の例では、熱伝導体９は、例えば良熱伝導体である銅素線を例えば５本などの複数本束ねた編組体であり、第１および第２熱伝導端子１０および１２にろう付けなどによって接続されている。電気絶縁体１１は、電気的絶縁性で良熱伝導性の環状の部材で、真空容器１の外部で電流リード３の貫通部分４の取付フランジ５に対して外端側（図で上方）で取付フランジ５に近い位置に、熱伝導関係に取り付けられている。電気絶縁体１１に接続された第１熱伝導端子１０は、複数の熱伝導体９に共通の環状体であるが、それぞれの熱伝導体９に別個に設けることもできる。熱伝導体９の他端は、第１熱伝導端子１０から放射状に延びて、第２熱伝導端子１２が、電流リード３から離れた位置でビス等の締結具１３によって真空容器１の外表面に熱伝導関係に接続されている。

このように、熱伝導部材６は、第１端６ａで真空容器１の外部で電流リード３の貫通部分４に第１熱伝導端子１０および電気絶縁体１１を介して熱伝導関係に接続され、第２端６ｂで真空容器１に第２熱伝導端子１２を介して熱伝導関係に接続され、電流リード３から真空容器１に向かって放射状に延びた可撓性の線状体である熱伝導体９を備えている。

このような構成において、例えば、結露温度は室温２３℃、湿度５０％で１２℃であり、室温とおよそ１０℃の温度差以上で結露する。また、電流リード３は極低温部への熱侵入量は例えば２００Ａ容量では約１０Ｗである。従って、この熱侵入量１０Ｗを、温度差１０℃以下になるように熱伝導部材６の熱設計をすれば、電流リード３の端部は結露しない。銅でできた熱伝導部材６の有効長さが１００ｍｍの場合、銅の熱伝導率はおよそ４００Ｗ／ｍＫであるので、必要断面積は２５０ｍｍ^２であり、例えば５本の熱伝導体９で構成すれば1本あたり５０ｍｍ^２程度となる。なお、電気絶縁体１１や第１および第２熱伝導端子１０および１２での熱抵抗を考慮し、断面積は少し余裕を持たせるのが望ましい。

このように、電流リード３を熱容量の大きい真空容器１に熱短絡した状態で、ヘリウム槽内からの熱伝達経路が電流リード３を介した伝熱にほぼ限られているため、電流リード３の外気に触れる部分は室温に近い温度に保たれ、結露を防ぐことができる。また、電流通電時は反対に外部回路２の電気抵抗や電流リード３の端子との接触抵抗によるジュール発熱で室温より高くなる場合があってもこの発熱量は熱伝導部材６を介して真空容器１に放熱されるため、電流リード３の端部の温度上昇を抑制でき、極低温部への熱負荷増大を防ぐことができる。このため、従来必要であった結露防止用のヒータが不要であり、乾燥空気を封入し、密閉度が要求される結露防止カバーも不要である。

実施の形態２．
図２に示す超電導装置用ブッシングにおいては、熱伝導部材６が、第２端６ｂで放熱板１４を介して真空容器１に接続されている。図示の例では、熱伝導部材６の第２端６ｂは、第２熱伝導端子１２と締結具１３とによって、良熱伝導のアルミ製の放熱板１４に熱伝導関係に接続されており、この放熱板１４が真空容器１に接着などにより熱伝導関係に固定されている。その他の構成は図１に示すものと同様である。

この構成によれば、放熱板１４は熱容量も伝熱面積も大きく、広範囲に真空容器１に寒冷を熱伝導できるため確実に電流リード３の温度を室温近くに保持でき、また通電時の温度上昇をより確実に抑制でき、電流リード３等における結露の防止がより確実にできる。

実施の形態３．
図３に示す超電導装置用ブッシングにおいては、熱伝導部材６が真空容器１の内部で電流リード３の貫通部分４に接続されていて、放熱板１４が真空容器１の内表面に熱伝導関係に固定されており、熱伝導部材６の構成部材が全て真空容器１の内側の真空中に配置されている。その他の構成は図２に示すものと同様である。

この構成によれば、電流リード３等における結露が防止できるだけでなく、電気絶縁体１１の絶縁耐圧設計が容易であり、埃やさびなどによる劣化も発生しないので、長期信頼性も高くなる。また、図３のように真空容器の外部に構成物が無くなるので、電流リード３の貫通部分４付近が簡素化し他の部材との干渉裕度が図れるという利点もある。

以上に図示して説明した超電導装置用ブッシングは単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。

この発明は超電導装置用ブッシングに利用できるものである。

１ 真空容器、２ 外部回路、３ 電流リード、４ 貫通部分、５ 取付フランジ、６ 熱伝導部材、６ａ 第１端、６ｂ 第２端、７ 開口、８ 締結具、９ 熱伝導体、１０ 第１熱伝導端子、１１ 電気絶縁体、１２ 第２熱伝導端子、１３ 締結具、１４ 放熱板。

Claims (6)

1. 超電導機器を収容した真空容器に取付けられて、上記超電導機器と外部回路とを電気的に接続するための電流リードおよび上記電流リードを上記電流リードが上記真空容器を貫通する貫通部分において電気的絶縁状態で上記真空容器に対して支持する気密性の取付フランジを備えた超電導装置用ブッシング装置において、
   上記電流リードの上記貫通部分に接続された第１端および上記真空容器に接続された第２端を有し、上記電流リードを上記真空容器に対して電気的絶縁状態で熱短絡する熱伝導部材を備えていることを特徴とする超電導装置用ブッシング。
2. 上記熱伝導部材が、上記第１端で上記電流リードに電気絶縁体を介して熱伝導関係に接続され、上記第２端で上記真空容器に熱伝導関係に接続された可撓性の線状の熱伝導体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の超電導装置用ブッシング。
3. 上記熱伝導部材が、上記電流リードから上記真空容器外部に向かって放射状に延びた可撓性の複数の熱伝導体を備えていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の超電導装置用ブッシング。
4. 上記熱伝導部材が、上記第２端で放熱板を介して上記真空容器に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導装置用ブッシング。
5. 上記熱伝導部材が、上記真空容器の外部で上記電流リードの上記貫通部分に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導装置用ブッシング。
6. 上記熱伝導部材が、上記真空容器の内部で上記電流リードの上記貫通部分に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導装置用ブッシング。

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