JP3178119B2 - 超電導コイルのガス冷却式電流リード - Google Patents
超電導コイルのガス冷却式電流リードInfo
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- superconducting coil
- gas
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- low
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷却槽内に収容し、液
体ヘリウムなどの液冷媒により極低温に強制冷却した超
電導コイルに対し、外部の交流電源より電流を供給する
超電導コイルのガス冷却式電流リードに関する。
体ヘリウムなどの液冷媒により極低温に強制冷却した超
電導コイルに対し、外部の交流電源より電流を供給する
超電導コイルのガス冷却式電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】粒子加速器用マグネット，医療分野のＭ
ＲＩなどに適用する超電導コイルは、液体ヘリウムなど
の液冷媒を寒剤として使用する真空断熱容器の冷却槽
（クライオスタット）の中に収容し、液冷媒中に浸漬し
て極低温に強制冷却させた状態で使用される。また、常
温側に配備の外部電源から前記の超電導コイルに電力を
供給する電流リードには、通電に伴う電流リードのジュ
ール発熱，並びに電流リードを伝熱経路とする常温側か
ら冷却槽内への熱侵入をできる限り低く抑えるために、
一般には冷却槽内で蒸発した低温の冷媒ガス（ヘリウム
ガス）の一部を電流リードの内部に流して通電導体を冷
却して系外に除熱するようにしたガス冷却式電流リード
が採用されている。
ＲＩなどに適用する超電導コイルは、液体ヘリウムなど
の液冷媒を寒剤として使用する真空断熱容器の冷却槽
（クライオスタット）の中に収容し、液冷媒中に浸漬し
て極低温に強制冷却させた状態で使用される。また、常
温側に配備の外部電源から前記の超電導コイルに電力を
供給する電流リードには、通電に伴う電流リードのジュ
ール発熱，並びに電流リードを伝熱経路とする常温側か
ら冷却槽内への熱侵入をできる限り低く抑えるために、
一般には冷却槽内で蒸発した低温の冷媒ガス（ヘリウム
ガス）の一部を電流リードの内部に流して通電導体を冷
却して系外に除熱するようにしたガス冷却式電流リード
が採用されている。
【０００３】次に、超電導コイル装置、および前記ガス
冷却式電流リードの従来構造を図２，図３に示す。図に
おいて、１は超電導コイル、２は超電導コイル１を収容
したクライオスタットと呼ばれる冷却槽、３は液体ヘリ
ウムなどの液冷媒、４は電源、５は超電導コイル１の電
流リードである。ここで電流リード５は冷却槽内で超電
導コイル１の導出端子に接続した低温側端子６と、槽外
に引出した常温側端子７と、低温側端子６と常温側端子
７との間にまたがり、冷却槽２を貫通して配線した多数
本の素線（銅線）８ａを束ねた導線８と、導線８を囲繞
してその内部に冷媒ガス流路を形成したステンレス製の
外筒９とからなり、該電流リード５は冷却槽２の蓋を貫
通し、取付フランジ１０を介して支持されている。な
お、導線８の両端は端子６，７に対して溶接接合されて
いる。また、図示されてないが電流リード５は真空断熱
筒に収容して周囲との間を熱絶縁している。
冷却式電流リードの従来構造を図２，図３に示す。図に
おいて、１は超電導コイル、２は超電導コイル１を収容
したクライオスタットと呼ばれる冷却槽、３は液体ヘリ
ウムなどの液冷媒、４は電源、５は超電導コイル１の電
流リードである。ここで電流リード５は冷却槽内で超電
導コイル１の導出端子に接続した低温側端子６と、槽外
に引出した常温側端子７と、低温側端子６と常温側端子
７との間にまたがり、冷却槽２を貫通して配線した多数
本の素線（銅線）８ａを束ねた導線８と、導線８を囲繞
してその内部に冷媒ガス流路を形成したステンレス製の
外筒９とからなり、該電流リード５は冷却槽２の蓋を貫
通し、取付フランジ１０を介して支持されている。な
お、導線８の両端は端子６，７に対して溶接接合されて
いる。また、図示されてないが電流リード５は真空断熱
筒に収容して周囲との間を熱絶縁している。
【０００４】かかる構成により、超電導コイル１の運転
時には電源４より電流リード５を通じて超電導コイル１
に励磁電流が給電される。また、冷却槽内で液冷媒３よ
り蒸発した冷媒ガスの一部は電流リード５の外筒９の中
に収容された導線８（導線の占積率は５０〜８０％程
度）の隙間を通して流れた後、電流リード５の上端から
放出して排気，処理される。これにより、電流リード５
の通電に伴って導線８に発生したジュール熱は、冷却槽
２の槽内から電流リード５の外筒９の内部を通じて素線
８ａの間の隙間に流れる低温の冷媒ガスとの熱交換によ
り除熱される。
時には電源４より電流リード５を通じて超電導コイル１
に励磁電流が給電される。また、冷却槽内で液冷媒３よ
り蒸発した冷媒ガスの一部は電流リード５の外筒９の中
に収容された導線８（導線の占積率は５０〜８０％程
度）の隙間を通して流れた後、電流リード５の上端から
放出して排気，処理される。これにより、電流リード５
の通電に伴って導線８に発生したジュール熱は、冷却槽
２の槽内から電流リード５の外筒９の内部を通じて素線
８ａの間の隙間に流れる低温の冷媒ガスとの熱交換によ
り除熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の構成
で超電導コイル１を交流電源４で励磁する場合に、従来
の電流リードを採用すると次記のような不具合が派生す
る。すなわち、図３（ｂ）のように多数本の素線８ａを
束ねて外筒９に収容した導線８に交流電流を流すと、表
皮効果により電流は導線８の外周部に多く集中して流
れ、中心部には殆ど電流が流れなくなる。ここで、電源
４の交流周波数を商用周波数（５０〜６０Ｈｚ），通電
電流を５０００Ａとして試算すると、表皮効果による電
流の浸透深さは約１mmであり、通電電流の大半は導線８
の外周からほぼ１mm範囲に分散する素線８ａに集中して
流れる。この結果、電流集中によるジュール発熱（Ｉ2
×Ｒ）が極端に増加するほか、導線８の中心部（通電に
は殆ど関与しない）が伝熱経路となって常温側からの熱
侵入を増加させる。このために、電流リード５に流す冷
媒ガスの量が増えて冷却槽２で使用する高価な液冷媒
（液体ヘリウム）の消費量が増大する。また、図３
（ａ）で示すように、電流リードの低温側端子６として
矩形断面の導体片をＬ字形に屈曲して構成したもので
は、導体片の角部に電流が集中して実効抵抗が増加し、
これが基で端子に大きなジュール熱が発生してクライオ
スタットの熱負荷が増す。
で超電導コイル１を交流電源４で励磁する場合に、従来
の電流リードを採用すると次記のような不具合が派生す
る。すなわち、図３（ｂ）のように多数本の素線８ａを
束ねて外筒９に収容した導線８に交流電流を流すと、表
皮効果により電流は導線８の外周部に多く集中して流
れ、中心部には殆ど電流が流れなくなる。ここで、電源
４の交流周波数を商用周波数（５０〜６０Ｈｚ），通電
電流を５０００Ａとして試算すると、表皮効果による電
流の浸透深さは約１mmであり、通電電流の大半は導線８
の外周からほぼ１mm範囲に分散する素線８ａに集中して
流れる。この結果、電流集中によるジュール発熱（Ｉ2
×Ｒ）が極端に増加するほか、導線８の中心部（通電に
は殆ど関与しない）が伝熱経路となって常温側からの熱
侵入を増加させる。このために、電流リード５に流す冷
媒ガスの量が増えて冷却槽２で使用する高価な液冷媒
（液体ヘリウム）の消費量が増大する。また、図３
（ａ）で示すように、電流リードの低温側端子６として
矩形断面の導体片をＬ字形に屈曲して構成したもので
は、導体片の角部に電流が集中して実効抵抗が増加し、
これが基で端子に大きなジュール熱が発生してクライオ
スタットの熱負荷が増す。
【０００６】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、交流電源に用い
る電流リードとして、通電に伴うジュール発熱，常温側
から低温側への侵入熱を極力抑えて熱負荷を低め、高価
な冷媒（液体ヘリウム）消費量の節減化が図れるように
した超電導コイルのガス冷却式電流リードを提供するこ
とにある。
であり、その目的は前記課題を解決し、交流電源に用い
る電流リードとして、通電に伴うジュール発熱，常温側
から低温側への侵入熱を極力抑えて熱負荷を低め、高価
な冷媒（液体ヘリウム）消費量の節減化が図れるように
した超電導コイルのガス冷却式電流リードを提供するこ
とにある。
【０００７】
【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、電流リードの全長に亙り導
線を収容した外筒の内部に内筒を配管し、かつ導線を内
筒の外周に沿わせて分散して配置するものとする。ま
た、前記構成の実施態様として次記の構成がある。
に、本発明の電流リードは、電流リードの全長に亙り導
線を収容した外筒の内部に内筒を配管し、かつ導線を内
筒の外周に沿わせて分散して配置するものとする。ま
た、前記構成の実施態様として次記の構成がある。
【０００８】（１）内筒を高抵抗，低熱伝導性の材料で
構成する。 （２）導線として絶縁被覆を施した素線の撚り線，ない
し編組線を用いる。 （３）電流リードの低温側端子を筒体で構成し、かつ該
筒体の周面にスリットを形成する。
構成する。 （２）導線として絶縁被覆を施した素線の撚り線，ない
し編組線を用いる。 （３）電流リードの低温側端子を筒体で構成し、かつ該
筒体の周面にスリットを形成する。
【０００９】
【作用】上記の構成において、電流容量に対応した素線
束の導線を内筒の周域に沿わせて分散配置することによ
り、表皮効果に起因する導線の過剰な電流集中を避けて
導線に発生するジュール熱を低く抑えられる。ここで、
内筒を高抵抗，低熱伝導性の材料、例えば絶縁物製とす
ることで、超電導コイル側から飛来する交番磁束との鎖
交により発生する渦電流損失を抑えるとともに、内筒を
伝熱経路とした常温側から低温側への熱侵入を低く抑え
ることができる。また、導線として絶縁被覆を施した素
線をリッツ線のように複数本ずつ撚るか、編んだ撚り
線，編組線を用いることにより、電流分布の不平衡を抑
えて集中電流をより一層低減させる効果も得られる。
束の導線を内筒の周域に沿わせて分散配置することによ
り、表皮効果に起因する導線の過剰な電流集中を避けて
導線に発生するジュール熱を低く抑えられる。ここで、
内筒を高抵抗，低熱伝導性の材料、例えば絶縁物製とす
ることで、超電導コイル側から飛来する交番磁束との鎖
交により発生する渦電流損失を抑えるとともに、内筒を
伝熱経路とした常温側から低温側への熱侵入を低く抑え
ることができる。また、導線として絶縁被覆を施した素
線をリッツ線のように複数本ずつ撚るか、編んだ撚り
線，編組線を用いることにより、電流分布の不平衡を抑
えて集中電流をより一層低減させる効果も得られる。
【００１０】さらに、冷却槽内で超電導コイルの端子に
接続する電流リードの低温側端子を筒体で構成し、かつ
その筒体周面にスリットを形成することにより、該端子
に流れる電流の局部的な集中が避けられるほか、端子と
交番磁束との鎖交に起因する渦電流の発生を阻止するの
で、低温側端子に生じるジュール熱が低減する。
接続する電流リードの低温側端子を筒体で構成し、かつ
その筒体周面にスリットを形成することにより、該端子
に流れる電流の局部的な集中が避けられるほか、端子と
交番磁束との鎖交に起因する渦電流の発生を阻止するの
で、低温側端子に生じるジュール熱が低減する。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例を図１に基づいて説明す
る。なお、図中で図２，図３に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。図１において、電流リード５は円
筒体としてなる低温側端子６と、常温側端子７と、低温
側端子６と常温側端子７との間にまたがって配管したス
テンレス製の外筒９と、強化プラスチックなどで作られ
た絶縁物製の内筒１１と、内筒１１の外周に沿わせて外
筒９との間の空間に配線し、かつその両端を端子６，７
に溶接接合した導線８と、さらに外筒９を包囲して配管
した真空断熱筒１２と、その途中箇所に設けた取付フラ
ンジ１０とから構成されている。なお、１３は電流リー
ド５の常温側端から引出した冷媒ガス排気管である。こ
こで、前記の導線８は、先記した表皮効果による電流の
浸透深さに対応した太さで、かつ絶縁被覆を施した素線
８ａを数本ずつ束ねた撚り線、あるいは素線で編んだ編
組線を用いる。また、低温側端子６は円筒体の周面に長
手方向のスリット６ａを形成して複数のセグメントに分
断されており、超電導コイルの端子１ａに被着してネジ
１４により締結される。さらに、内筒１１は下端部に封
栓１５を装填して冷却槽２側から冷媒ガス（ヘリウムガ
ス）が内筒１１の内部空間に流入するのを阻止てしい
る。
る。なお、図中で図２，図３に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。図１において、電流リード５は円
筒体としてなる低温側端子６と、常温側端子７と、低温
側端子６と常温側端子７との間にまたがって配管したス
テンレス製の外筒９と、強化プラスチックなどで作られ
た絶縁物製の内筒１１と、内筒１１の外周に沿わせて外
筒９との間の空間に配線し、かつその両端を端子６，７
に溶接接合した導線８と、さらに外筒９を包囲して配管
した真空断熱筒１２と、その途中箇所に設けた取付フラ
ンジ１０とから構成されている。なお、１３は電流リー
ド５の常温側端から引出した冷媒ガス排気管である。こ
こで、前記の導線８は、先記した表皮効果による電流の
浸透深さに対応した太さで、かつ絶縁被覆を施した素線
８ａを数本ずつ束ねた撚り線、あるいは素線で編んだ編
組線を用いる。また、低温側端子６は円筒体の周面に長
手方向のスリット６ａを形成して複数のセグメントに分
断されており、超電導コイルの端子１ａに被着してネジ
１４により締結される。さらに、内筒１１は下端部に封
栓１５を装填して冷却槽２側から冷媒ガス（ヘリウムガ
ス）が内筒１１の内部空間に流入するのを阻止てしい
る。
【００１２】かかる構成において、超電導コイルへの通
電時には、電流が内筒１１の周上に分散して配線した導
線８を流れるとともに、外筒９と内筒１１との間の空間
に冷却槽内で蒸発した低温冷媒ガスの一部が通流して導
線８を冷却し、そのジュール発熱を系外に除熱して冷却
槽内への熱侵入を抑える。また低温側端子６では、超電
導コイル１から飛来する交番磁束との鎖交による渦電流
の発生がスリット６ａにより阻止され、渦電流損が大幅
に低減する。
電時には、電流が内筒１１の周上に分散して配線した導
線８を流れるとともに、外筒９と内筒１１との間の空間
に冷却槽内で蒸発した低温冷媒ガスの一部が通流して導
線８を冷却し、そのジュール発熱を系外に除熱して冷却
槽内への熱侵入を抑える。また低温側端子６では、超電
導コイル１から飛来する交番磁束との鎖交による渦電流
の発生がスリット６ａにより阻止され、渦電流損が大幅
に低減する。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の電流リード
によれば、電流リードの全長に亙り導線を収容した外筒
の内部に内筒を配管し、かつ導線を内筒の外周に沿わせ
て配線したことにより、超電導コイルに交流電力を供給
する場合でも、交流電流の表皮効果に起因する導線への
電流集中を低減してジュール発熱を低く抑えるととも
に、導体を伝熱経路とした常温側から低温側への熱侵入
を低く抑えることができ、これにより冷却系の熱負荷を
軽減して高価な冷媒（液体ヘリウム）の不要な消費量の
増加を回避できる。
によれば、電流リードの全長に亙り導線を収容した外筒
の内部に内筒を配管し、かつ導線を内筒の外周に沿わせ
て配線したことにより、超電導コイルに交流電力を供給
する場合でも、交流電流の表皮効果に起因する導線への
電流集中を低減してジュール発熱を低く抑えるととも
に、導体を伝熱経路とした常温側から低温側への熱侵入
を低く抑えることができ、これにより冷却系の熱負荷を
軽減して高価な冷媒（液体ヘリウム）の不要な消費量の
増加を回避できる。
【００１４】また、前記構成に加えて、電流リードの導
線として絶縁被覆を施した素線の撚り線，ないし編組線
を用いることにより各素線に流れる電流が平均化される
ほか、特に電流リードの低温側端子を筒体で構成し、か
つ該筒体の周面にスリットを形成することにより、超電
導コイル側から飛来する交番磁束との鎖交に起因する低
温側端子での渦電流損の発生を抑えられるので、これに
より冷却系の熱負荷をより一層低減できるなど、本発明
により実用的価値の高い超電導コイルの電流リードを提
供することができる。
線として絶縁被覆を施した素線の撚り線，ないし編組線
を用いることにより各素線に流れる電流が平均化される
ほか、特に電流リードの低温側端子を筒体で構成し、か
つ該筒体の周面にスリットを形成することにより、超電
導コイル側から飛来する交番磁束との鎖交に起因する低
温側端子での渦電流損の発生を抑えられるので、これに
より冷却系の熱負荷をより一層低減できるなど、本発明
により実用的価値の高い超電導コイルの電流リードを提
供することができる。
【図１】本発明実施例の構成を示すものであり、（ａ）
は一部を断面した電流リード全体構成図、（ｂ）はリー
ド本体の要部拡大斜視図、（ｃ）は低温側端子の部分拡
大斜視図
は一部を断面した電流リード全体構成図、（ｂ）はリー
ド本体の要部拡大斜視図、（ｃ）は低温側端子の部分拡
大斜視図
【図２】冷却槽と組合わせた超電導コイル装置の全体構
成図
成図
【図３】図２における電流リードの従来構造図であり、
（ａ）は要部の斜視図、（ｂ）は（ａ）図のＸ−Ｘ断面
図
（ａ）は要部の斜視図、（ｂ）は（ａ）図のＸ−Ｘ断面
図
１ 超電導コイル １ａ 超電導コイルの端子 ２ 冷却槽 ３ 液冷媒 ４ 交流電源 ５ 電流リード ６ 低温側端子 ６ａ スリット ７ 常温側端子 ８ 導線 ８ａ 素線 ９ 外筒 １１ 内筒 １３ 冷媒ガス排気管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−71593（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−49764（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 6/00 ZAA H01F 6/04 ZAA
Claims (4)
- 【請求項１】冷却槽内に収容し液体ヘリウムなどの液冷
媒により強制冷却した超電導コイルに対し、外部の交流
電源より電流を供給する超電導コイルのガス冷却式電流
リードであり、前記冷却槽内で前記超電導コイルの端子
に接続した低温側端子と、該低温側端子と槽外の常温側
端子との間にまたがって配線した多数本の素線からなる
導線と、該導線を収容してその内部に導体冷却用の冷媒
ガス流路を形成した外筒とからなるものにおいて、前記
電流リードの全長に亙り前記外筒の内部に内筒を配管
し、かつ前記導線を前記内筒の外周に沿わせて分散して
配置したことを特徴とする超電導コイルのガス冷却式電
流リード。 - 【請求項２】請求項１記載の超電導コイルのガス冷却式
電流リードにおいて、内筒が高抵抗，低熱伝導性の材料
で作られたものであることを特徴とする超電導コイルの
ガス冷却式電流リード。 - 【請求項３】請求項１記載の超電導コイルのガス冷却式
電流リードにおいて、導線として絶縁被覆を施した素線
の撚り線，ないし編組線を用いたことを特徴とする超電
導コイルのガス冷却式電流リード。 - 【請求項４】請求項１記載の超電導コイルのガス冷却式
電流リードにおいて、低温側端子を筒体で構成し、かつ
該筒体の周面にスリットを形成したことを特徴とする超
電導コイルのガス冷却式電流リード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28917092A JP3178119B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 超電導コイルのガス冷却式電流リード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28917092A JP3178119B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 超電導コイルのガス冷却式電流リード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140242A JPH06140242A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3178119B2 true JP3178119B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=17739673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28917092A Expired - Lifetime JP3178119B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | 超電導コイルのガス冷却式電流リード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178119B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3277713B2 (ja) | 1994-08-31 | 2002-04-22 | ソニー株式会社 | ディジタルビデオ信号の記録装置、記録再生装置及び再生装置 |
| JP5134441B2 (ja) * | 2008-06-02 | 2013-01-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 電流リード |
| KR101652580B1 (ko) * | 2014-08-14 | 2016-08-30 | 한국전력공사 | 외부 접속자가 구비되는 초전도 전력기기 |
| CN114566346B (zh) * | 2022-03-04 | 2024-04-05 | 中国科学院电工研究所 | 一种气冷电流引线 |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP28917092A patent/JP3178119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06140242A (ja) | 1994-05-20 |
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