JP2581283B2 - 超電導コイル用電流リード - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱真空容器内に収納された超電導コイ
ルに外部から励磁電流を通流するために設けられる電流
リード、ことに電流リードからの浸入熱を低減するため
の冷却構造に関する。

〔従来の技術〕

一般に超電導コイルは液体ヘリウム等の極低温冷媒に
よって冷却されるため、液体窒素シールドや高真空など
で熱の浸入を阻止した断熱真空容器内に設けられた液体
ヘリウム容器に液体ヘリウムに浸漬した状態で収納され
る。電流リードは極低温に保持された超電導電磁石とし
ての超電導コイルに常温側から励磁電流を通流するため
に設けられるものであり、リードで発生するジュール熱
および常温側から極低温側に伝導により浸入する熱を低
減するために、電流リードの内部に気化した低温のヘリ
ウムガスを流すよう構成したものが知られている。

この場合、電流リードの材料としては銅または銅合金
のような常電導体を用いるのが一般的であるが、その熱
伝導率が高く浸入熱を低減する効果が期待できないため
に、電流リードの一部に酸化物系超電導体等の高温超電
導体を用いたものが知られており、電気抵抗が零で熱抵
抗が高い酸化物系超電導体の特性を利用して浸入熱を低
減した電流リードが知られている。

第３図は従来の超電導電磁石装置の電流リードの冷却
構造を模式化して示す断面図である。図において、超電
導コイル１は断熱真空容器４の液体ヘリウム容器２内に
液体ヘリウム３に浸漬した状態で収納され、超電導状態
が保持される。電流リード５はその低温端子９が超電導
コイル１に導電接続され、断熱真空容器４の外部に引き
出された常温端子８は図示しない電源に接続される。こ
の例ではヘリウムガス通路を持たない棒状の電流リード
５は低温端子９側がセラミック超電導体等液体窒素温度
（77K）以上で超電導状態を示す高温超電導体5Bからな
り、常温端子８側が銅または銅合金等の常電導体5Aで構
成され、両者は中間の接続部６で結合される。

電流リード５は液体窒素容器12の底板を貫通して上部
に引き出されており、接続部６を含む所定の長さが液体
窒素13に浸漬されることにより電流リード５が冷却され
る。また、液体窒素容器12と液体ヘリウム容器２との間
には高温超電導体5Bを包囲するガス管14が設けられ、液
体ヘリウム容器２で気化したヘリウムガス3Gは、ガス管
14に連通する排気管７を通って断熱真空容器５を気密に
貫通し、外部に排気するよう構成され、液体ヘリウム容
器２で気化したヘリウムガス2Gにより電流リードの冷却
が行われる。さらに、液体窒素容器12はガス管15を介し
て外部に連通し、液体窒素容器で気化した窒素ガス13G
の排気が行われる。

このように構成された従来の電流リードにおいては、
常電導体5Aが液体窒素13およびその気化ガス13Gで冷却
されて常温側からの浸入熱およびジュール熱の高温超電
導体側への伝導が大幅に低減されるとともに、高温超電
導体5Bが液体窒素およびヘリウムガスで冷却されて超電
導状態となり、ジュール熱が零になるので、液体ヘリウ
ムの気化損失が極めて少ない電流リードを備えた超電導
磁石装置を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の装置では、液体窒素容器12がガス管14によって
液体ヘリウム容器２に気蜜に連結され、かつ排気管７が
断熱真空容器４の外被を気密に貫通するよう連結される
とともに、ガス管15によっても断熱真空容器の外被に連
結されているので、これら装置の組立作業を断熱真空容
器内部の狭い空間を利用して行わねばならない。断熱真
空容器内部は図では省略した輻射熱シールド，断熱支持
材，多層断熱層などが配されるので、作業スペースとし
て利用できる空間が狭く、作業が困難であるとともに、
これらの制約を排除するために断熱真空容器の要所にハ
ンドホールやマンホールを設けることも必要になる。

この発明の目的は、電流リードと，その冷却装置の断
熱真空容器内での組立作業を簡単化することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、断熱
真空容器内の液体ヘリウム容器に収納され液体ヘリウム
冷却される超電導コイルに低温端子が導電接触し，常温
端子が外部電源に接続されて励磁電流を通流する電流リ
ードが、前記低温端子側の高温超電導体と，前記常温端
子側の常電導体との直列接続体からなり、その内部にヘ
リウムガスの流通路を有するものにおいて、前記高温超
電導体と常電導体との接続部を液体窒素で直接冷却する
冷却器と、この冷却器に連通し前記常温端子近傍に注入
口を有する液体窒素の供給管とからなる冷却装置を備
え、真空ジャケットを介して前記断熱真空容器の外被に
連結支持されてなるものとする。また、冷却装置が、常
温端子近傍に注入口を有する供給管と、この供給管の下
端部に連結され高温超伝導体と常電導体との接続部をら
旋状に包囲する蛇管式の冷却器と、この冷却器の反供給
管側に連結され前記常温端子近傍に窒素ガスの排出口を
有する排気管とからなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、内部にヘリウムガス通路を
有する電流リードを用いて気化したヘリウムガスを常温
端子側に排出し、常温端子近傍に液体窒素の注入口を持
ち常電導体と高温超電導体との中間接続部を液体窒素で
直接冷却する冷却器を真空ジャケットを介して断熱真空
容器の外被に連結支持するよう構成したことにより、冷
却装置を含む電流リードが真空ジャケットを介して一体
化され、かつ断熱真空容器に連結する配管も排除される
ので、これらを断熱真空容器の外部で組み立てた後断熱
真空容器に組み込むことが可能になる。また、冷却装置
を蛇管式とすることにより装置の構成を一層簡素化でき
る。さらに、電流リードの低温端子部を液体ヘリウム容
器に気密に挿入して超電導コイル側の端子に導電接触さ
せるよう構成すれば、断熱真空容器への組み込み作業を
一層簡素化する機能が得られる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になる超電導コイル用電流
リードを模式化して示す断面図であり、従来の装置と同
じ部分には同一の参照符号を用いることにより詳細な説
明を省略する。図において、常温端子28を有する銅，銅
合金等の金属材料で構成される常電導体25Aと、低温端
子29を有する酸化物超電導体等の高温超電導体25Bとが
中間接続部26で結合された電流リード25は、その内部に
図示しないヘリウムガス通路を持ち、液体ヘリウム容器
２で気化したヘリウムガスがこの通路を介して常温端子
28側から外部に排出される。また、電流リード25はその
接続部26部分に接続部を液体窒素で直接冷却する冷却器
32と、この冷却器に下端部が連通し常温端子近傍に液体
窒素13の注入口（供給配管との接続部であってもよい）
34を有する液体窒素の供給管33とからなる電流リードの
冷却装置が設けられる。電流リード25と冷却装置とは真
空ジャケット35を介して一体化されており、真空ジャケ
ット35が断熱真空容器24の上部に気密に連結されること
により、全体が断熱真空容器24に連結支持される。この
時、電流リード25の下端部をシール部27によって気密に
液体ヘリウム容器２に挿入し、かつ低温端子29を差し込
み型として超伝導コイル１側のコンタクトと導電接触さ
せる。

この実施例においては、常電導体25Aの熱伝導による
浸入熱およびジュール熱が液体窒素によって直接冷却さ
れ、高温超電導体側への伝導が阻止されるとともに、高
温超電導体が液体窒素の沸点（77K）以下に冷却されて
超電導状態となり、そのジュール熱が零になり、かつ高
温超電導体の低い熱伝導性によって液体ヘリウム容器側
への熱浸入が低減されるので、電流リードからの浸入熱
によって生ずる液体ヘリウムの気化損失を極めて僅かに
抑えることができる。

また、電流リードと冷却装置が真空ジャケットにより
一体化され、かつ断熱真空容器に直結する配管も排除さ
れるので、電流リードとその冷却装置を断熱真空容器の
外部で組み立てたのち断熱真空容器に挿入しすることが
可能になる。また、低温端子をシール部を介して液体ヘ
リウム容器に挿入すれば超電導コイルへの接続ができ
る。したがって、断熱真空容器内の狭いスペースでの組
立作業がほとんど不要になり、作業を大幅に容易化する
ことができる。なお、電流リードからの浸入熱の大幅な
減少により、気化するヘリウムガス量も減り、したがっ
て電流リードのヘリウムガス通路側からの冷却作用が弱
まるが、その分液体窒素による冷却が活発化して高温超
電導体を超電導状態に保持する。

第２図はこの発明の異なる実施例を示す模式化した断
面図であり、電流リード25を冷却する冷却装置40が、電
流リードの中間接続部26を含む所定の長さを伝熱結合し
てら旋状に包囲する蛇管式冷却器42と、この冷却器に液
体窒素を供給する供給管43と、冷却器42で気化した窒素
ガス13Gを常温端子近傍に放出する排気管45とで構成さ
れ、液体窒素の注入口が常温端子の近傍に設けられる。
このように構成された冷却装置40は、真空ジャケット46
によって電流リード25と一体化され、断熱真空容器24の
外被に気密に連結支持された点が前述の実施例と異なっ
ており、注入口44を断熱真空容器外部の液体窒素供給管
に連結し、適量を連続して供給すれば、簡素化した冷却
装置によって電流リードを効率良く冷却することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、常電導体と高温超電導体の
直列接続体からなり，内部に液体ヘリウムガス通路を有
する電流リードの中間接続部を液体窒素で直接冷却する
冷却器と、この冷却器に外部から液体窒素を供給する供
給管とからなる冷却装置を設け、これらを真空ジャケッ
トで一体化して断熱真空容器の外被に気密に連結支持す
るよう構成した。その結果、電流リードと冷却装置の組
立作業を断熱真空容器の外部で行うことが可能になり，
かつ断熱真空容器に連結したヘリウムガスの排気管など
も排除され、従来技術で問題となった断熱真空容器内で
の組立作業や配管作業がほとんど不要になり、したがっ
て断熱真空容器への組み込みが大幅に容易化されるとと
もに、断熱真空容器の外被に作業を容易化するためのハ
ンドホールやマンホールなどの付帯設備を設ける必要も
無くなるので、高い経済性と信頼性とを有する超伝導コ
イル用電流リードを提供することができる。

また、冷却装置を蛇管式として液体窒素および窒素ガ
スの給排出口を常温端子近傍に設けるよう構成すれば、
装置を一層簡素化できるとともに、断熱真空容器への組
み込み作業をも一層容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる超電導コイル用電流リ
ードを模式化して示す断面図、第２図はこの発明の異な
る実施例を模式化して示す断面図、第３図は従来の装置
を模式化して示す断面図である。 １……超伝導コイル、２……液体ヘリウム容器、３……
液体ヘリウム、4,24……断熱真空容器、5,25……電流リ
ード、5A,25A……常電導体、5B,25B……高温超電導体、
6,26……接続部、7,45……排気管、8,28……常温端子、
9,29……低温端子、12……液体窒素容器、13……液体窒
素、13G……窒素ガス、14,15……ガス管、27……シール
部、32……冷却器、33,43……供給管、34,44……注入
口、35,46……真空ジャケット、40……冷却装置、42…
…蛇管式冷却器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断熱真空容器内の液体ヘリウム容器に収納
   され液体ヘリウム冷却される超電導コイルに低温端子が
   導電接触し，常温端子が外部電源に接続されて励磁電流
   を通流する電流リードが、前記低温端子側の高温超電導
   体と，前記常温端子側の常電導体との直列接続体からな
   り、その内部にヘリウムガスの流通路を有するものにお
   いて、前記高温超電導体と常電導体との接続部を液体窒
   素で直接冷却する冷却器と、この冷却器に連通し前記常
   温端子近傍に注入口を有する液体窒素の供給管とからな
   る冷却装置を備え、真空ジャケットを介して前記断熱真
   空容器の外被に連結支持されてなることを特徴とする超
   電導コイル用電流リード。
2. 【請求項２】冷却装置が、常温端子近傍に注入口を有す
   る供給管と、この供給管の下端部に連結され高温超電導
   体と常電導体との接続部をら旋状に包囲する蛇管式の冷
   却器と、この冷却器の反注入管側に連結され前記常温端
   子近傍に窒素ガスの排出口を有する排気管とからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の超電導コイル用電流リー
   ド。