JP3068898B2 - 電流リード - Google Patents

電流リード

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JP3068898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温に冷却された超
電導マグネットと室温にある電源とを電気的に接続する
ための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、無損失で大電流
を流すことができることであり、その代表的な応用例と
して永久電流モードの超電導マグネットがある。このよ
うな超電導マグネットにおいては、室温に存在する電源
から液体ヘリウムにより極低温に保持された超電導マグ
ネットに電流を供給するための電流リードが必要とな
る。この電流リードは、超電導マグネットを永久電流モ
ードに励磁する場合、及び永久電流モードを消磁する場
合にのみ通電される。従って、1日1回励磁及び消磁す
る場合には、電流リードが通電する時間は1日当り数分
乃至1時間程度であり、大部分の時間が非通電状態であ
る。非通電状態においては、熱伝導により、熱が電流リ
ードを通して高温側から極低温側に流れるため、熱侵入
を防止する必要がある。
【0003】上記の極低温部に対する低熱侵入化を図る
ため、電流リードおいては、室温から極低温部への経路
の途中に液体窒素アンカー部を設置する構造がしばしば
採用されている。この手法は、超電導マグネット冷却用
の液体ヘリウムを蒸発させて形成されるヘリウムガスに
よって導体を冷却するガス冷却式電流リード、特に、通
電時のみ冷却用ヘリウムガスを流し、非通電時にはヘリ
ウムガスを流さないタイプの電流リードの低熱侵入化に
は有効である。この液体窒素アンカーが設けられた従来
のガス冷却式電流リードの概念図を図8に示す。電流リ
ード1は、冷却用配管2と、その中に設けられた導体3
と、液体窒素アンカー部5とを有している。導体3と冷
却用配管2との間には冷却用ヘリウムガス通路4が形成
されており、この通路4にヘリウム蒸気を通流させるこ
とにより導体3が冷却される。液体窒素アンカー部5に
おいては、導体3に電気絶縁体6を介して液体窒素配管
7が接続されており、この配管7を通流する液体窒素に
よって導体3が冷却される。そして、本体1のA側は室
温部に、B側は極低温部に接続されており、そして、本
体1のA側は室温部に、B側は極低温部に接続されてお
り、冷却用ヘリウムは通路3をB側からA側へ流れるよ
うになっている。
【0004】しかしながら、このような電流リードに
は、以下のような問題点がある。すなわち極低温側の液
体ヘリウム槽から蒸発した冷却ヘリウムガスは、発熱し
ている電流リードと熱交換して4.2Kから温度が上昇
していくが、液体窒素アンカー部5に到達した際に、窒
素の凝固温度63.3K(1気圧)より温度が低い可能
性がある。この場合には、配管7の内側に液体窒素の氷
結が生じ、液体窒素配管7の閉塞を招き信頼性が大きく
低下する。この問題点を解決するために、本発明者等は
図9に示すような構造の電流リードを先に提案してい
る。
【0005】図9は横断面図,図10は図9におけるC
−C′線による縦断面図である。なお、図8と同一部分
には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。これ
らの図において、電流リード10は、冷却用配管2と、
その中に設けられた導体3と、液体窒素アンカー部5と
を有しており、導体3と冷却用配管2との間には冷却用
ヘリウムガス通路4が形成されている。
【0006】液体窒素アンカー部5において、冷却用配
管2の周囲に良熱伝導性の冷却部材11が設けられてお
り、さらにその周囲に液体窒素冷却管12が設けられて
いる。この冷却管12には、液体窒素供給管13が接続
されており、供給管13を介して冷却管12に液体窒素
が供給される。冷却部材11と導体3との間には、中間
金具14及び電気絶縁部材6が介在されており、液体窒
素冷却管12内を通流する液体窒素により、導体3が冷
却される。なお、電流リードA側は室温部、B側は極低
温部に接続されており、冷却用ヘリウムは通路4をB側
からA側へ流れる。
【0007】冷却用ヘリウムガス通路4は、液体窒素ア
ンカー部5において、冷却用配管2から離隔して設けら
れたバイパス管15に接続されている。アンカー部5に
おいて通路4は電気絶縁部材16で閉塞されており、ア
ンカー部5にヘリウムガスが流れず、全てバイパス管1
5へ迂回して流れるようになっている。
【0008】このような構造においてはバイパス管15
を設け、かつバイパス管15が冷却用配管2から離隔し
ているので、冷却用ヘリウムガスと液体窒素配管13及
びその中を流れる液体窒素との間の熱交換が極力抑えら
れ、液体窒素の氷結を回避することができる。
【0009】なお、冷却部材11は、接合部17におい
て溶接されており、溶接後の収縮により発生する力によ
って、導体3、電気絶縁部材6、及び中間金具14が固
定される。
【0010】しかし、部材の寸法、溶接スピード及び溶
接雰囲気等の溶接条件が一定しないため、熱収縮により
発生する力がばらつく可能性があり、これらを均一な圧
力(面圧)で固定することができない場合が生じ、この
場合には冷却効率が低くなる。また、溶接時の熱によ
り、電気絶縁物6が破壊する場合も生じるといった問題
が残されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記したような電流リ
ードにおいては、冷却部材、電気絶縁部材および導体を
溶接しており、部材の寸法や溶接条件が一定せず、これ
らを均一な圧力(面圧)で固定することができず冷却効
率の低下、ひいては溶接時の熱により電気絶縁部材の破
壊等が生じる虞があった。
【0012】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、冷却部材、電気絶縁部材
および導体を均一な圧力(面圧)で固定することで、冷
却効率の向上した電流リードを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は極低温に冷却された超電導装置と室温に存
在する電源とを電気的に接続する導体を有する電流リー
ドにおいて、前記電流リードの一部に形成されその部分
において前記導体を液体窒素を利用して冷却する液体窒
素アンカー部を有し、この液体窒素アンカー部を、液体
窒素が通流する液体窒素通流管と、この液体窒素通流管
を通流する液体窒素により前記導体を冷却するための冷
却部材と、前記導体と前記液体窒素通流管とを電気的に
絶縁するための絶縁部材とから構成するとともに、前記
冷却部材と前記絶縁部材との間および前記絶縁部材と前
記導体との間に圧力を付与する圧力付与手段を設けたこ
とを特徴としている。
【0014】
【作用】このように構成された電流リードにあっては、
窒素アンカー部に圧力付与手段を設けることで、冷却部
材と絶縁部材との間および絶縁部材と導体との間に圧力
を付与し、これらの間に均一な圧力(面圧)を作用させ
ることができる。これにより冷却部材と絶縁部材との間
および絶縁部材と導体との間の接触状態を良好なものと
でき、熱抵抗が減少して冷却効率を向上させることがで
きる。
【0015】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の電流リードの
実施例について説明する。 (実施例1)
【0016】図1と図2に本発明の第1の実施例に係る
ガス冷却式電流リードを示す。図1は、電流リードの横
断面図、図2はそのD−D′線による縦断面図である。
なお、図8乃至図10に示す電流リードと同一部分には
同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0017】同図において、電流リード1は、冷却用配
管2と、その中に設けられた導体3と、液体窒素アンカ
ー部5とを有しており、導体3と冷却用配管2との間に
は冷却用ヘリウムガス通路4が形成されている。
【0018】そして、本発明の特徴部分に係る液体窒素
アンカー部5には、ボックス20が設けられており、冷
却部材21はこのボックス20の底面を規定している。
そして、冷却部材21の下方に液体窒素容器22が設け
られており、この容器22に液体窒素供給管13が接続
されており、供給管13を介して容器22に液体窒素が
供給される。導体3と冷却部材21との間には、電気絶
縁部材6が介装されており、この冷却部材21及び電気
絶縁部材6を介して液体窒素により導体3が冷却され
る。そして、導体3及び電気絶縁部材6は電気絶縁物か
らなる取付け部材23によって囲繞されており、この取
付け部材23とボルト24によって、導体3及び電気絶
縁部材6が冷却部材21に取付けられている。この場合
に、ボルトの締め付け力で導体3及び電気絶縁部材6に
圧力を付与しているので、締め付け力を調節することが
でき、これらを均一な圧力(面圧)で固定することがで
きる。また、溶接部25はいずれも電気絶縁物6から離
れているので、電気絶縁物6が溶接の熱影響を受けるこ
とがない。なお、このような圧力付与手段はバイパス管
15を設けないタイプの電流リードにおいても効果があ
ることはもちろんである。
【0019】このように均一な圧力(面圧)で冷却部材
21を固定するため窒素アンカー部5の冷却効率が向上
し、溶接による熱影響もないので簡便な構造で信頼性の
高い低熱侵入の電流リード得られる。 (実施例2)
【0020】次に図3および図4を参照して、本発明の
第2の実施例について説明する。この実施例を示す図3
は従来技術の図10に対応する電流リードの縦断面図で
あり、図4は、図3におけるE−E′線による横断面図
である。なお、図9および図10と同一部分には同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
【0021】この第2の実施例では、従来の図9,図1
0に示した電流リードにおける冷却部材11の熱伝導面
の面圧を一定にするため、圧力付与手段として板ばね3
0が中間金具14と冷却部材11との間に介装されてお
り、この板ばね30の付勢力により、均一な圧力(面
圧)で導体3、電気絶縁部材6、及び中間金具14が固
定される。また、熱接触を良好にするために、熱接触部
材31が熱伝導面に介装されている。この熱接触部材3
1は、ばね30による付勢力による十分に熱接触がとれ
る場合には、設ける必要なない。また熱接触部材31の
かわりに熱接触を良好にするためにメッキ等を施しても
よい。中間金具14と溶接部17との間には、溶接の際
の熱影響を回避するための空間32が形成されている。
この実施例においても冷却部材11に均一な圧力(面
圧)が作用するため先の実施例と同様の作用・効果が得
られる。 (実施例3)次に図5を参照して本発明の第3の実施例
について説明する。なお、図5は第1の実施例における
図2に対応した縦断面図を示すものであり、同一部分に
は同一符号を付してその説明は省略する。
【0022】この第3の実施例は、第1の実施例に示し
た電流リードにおいて、固定具としてのボルト24の代
わりに、ボックス20と取付け部材23との間に圧力付
与手段としてコイルばね40を設けている。また、導体
3と電気絶縁部材6との間及び部材6と冷却部材21と
の間に熱接触部材41(あるいはメッキ層)が設けられ
ている。この例においてもこの熱接触部材41は必須な
ものではない。この実施例においても冷却部材21に均
一な圧力(面圧)が作用するため先の実施例と同様の作
用・効果が得られる。 (実施例4)次に図6と図7は本発明の第4の実施例を
示すものである。
【0023】この実施例は、本発明が上記実施例以外の
タイプの電流リード、すなわち導体を液体ヘリウムの蒸
発ガスにより冷却しないタイプの電流リードにおいても
適用でき、同様にして導体および電気絶縁部材と冷却部
材の固定を行なうことができることを示すものである。
【0024】図6は、図2および図4に対応する縦断面
図、図7は図6におけるF−F′線による横断面図であ
る。なお、図1乃至図5と同一部分には同一符号を付し
てその説明は省略する。
【0025】この例では液体窒素アンカー部において、
導体3と冷却部材11との間に電気絶縁部材6が介装さ
れており、冷却部材11に接触するように液体窒素通流
管50が設けられていて、通流管50を通流する液体窒
素により導体3が冷却される。導体3及び電気絶縁部材
6は電気絶縁物からなる取付け部材23によって囲繞さ
れており、この取付け部材23とボルト24によって、
導体3及び電気絶縁部材6が冷却部材11に取付けられ
ている。
【0026】このタイプの電流リードにおいてもボルト
24で冷却部材11に均一な圧力(面圧)を作用させて
熱抵抗を減少させることができるので、先の実施例と同
様の作用・効果が得られる。また、本発明として、溶接
による熱影響を逃げるため窒素アンカー部に逃げ溝等を
形成して、溶接による伝熱を少なくする構造を採用する
こともできる。
【0027】なお、本発明における圧力付与手段として
は、上記実施例で説明したボルトやばねに限るものでは
なく、他の機械的な力で固定できるもの、あるいは接着
等による固定方法またさらに形状記憶合金等による弾性
力等を利用したものであってもよい。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、冷
却部材と絶縁部材との間および絶縁部材と導体との間に
圧力を付与し、均一な圧力(面圧)を作用させることが
できる。これにより冷却部材と絶縁部材との間および絶
縁部材と導体との間の接触状態を良好なものとでき、熱
抵抗が減少して冷却効率を向上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の実施例に係る電流リードの横
断面図。
【図2】 図1におけるD−D´線による縦断面図。
【図3】 本発明の第2の実施例に係る電流リードの横
断面図。
【図4】 図3におけるE−E´線による縦断面図。
【図5】 本発明の第3の実施例に係る電流リードの縦
断面図。
【図6】 本発明の第4の実施例に係る電流リードの縦
断面図。
【図7】 図6におけるF−F´線による横断面図。
【図8】 従来のガス冷却式電流リードの横断面図。
【図9】 従来の改良された電流リードの横断面図。
【図10】 図6におけるC−C´線による縦横断面
図。
【符号の説明】
1 電流リード(本体) 2 冷却用配管 3 導体 4 ガス通路 5 液体窒素アンカー部 6 電気絶縁体(絶縁部材) 7 液体窒素配管 11 冷却部材 12 液体窒素配管 13 液体窒素供給管 15 バイパス配管 16 電気絶縁部材(絶縁部材) 17 接合部 21 冷却部材 22 液体窒素容器 24 ボルト(圧力付与手段) 30 板ばね(圧力付与手段) 31 接触部材 32 空間部 40 コイルばね(圧力付与手段) 41 熱接触部材(良熱伝導手段) 50 液体窒素通流管

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】極低温に冷却された超電導装置と室温に存
    在する電源とを電気的に接続する導体を有する電流リー
    ドにおいて、前記電流リードの一部に形成されその部分
    において前記導体を液体窒素を利用して冷却する液体窒
    素アンカー部を有し、この液体窒素アンカー部を、液体
    窒素が通流する液体窒素通流管と、この液体窒素通流管
    を通流する液体窒素により前記導体を冷却するための冷
    却部材と、前記導体と前記液体窒素通流管とを電気的に
    絶縁するための絶縁部材とから構成するとともに、前記
    冷却部材と前記絶縁部材との間および前記絶縁部材と前
    記導体との間に圧力を付与する圧力付与手段を設けたこ
    とを特徴とする電流リード。
  2. 【請求項2】前記冷却部材と前記絶縁部材との接触面お
    よび前記絶縁部材と前記導体との接触面のそれぞれに良
    熱伝導手段を介装させたことを特徴とする請求項1記載
    の電流リード。
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