JP3316986B2 - 超電導装置用電流リード - Google Patents
超電導装置用電流リードInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、低温容器の外部に設
置されている電源と内部に収納されている超電導コイル
との間を接続して超電導コイルに電流を供給する超電導
装置用電流リードに関する。
置されている電源と内部に収納されている超電導コイル
との間を接続して超電導コイルに電流を供給する超電導
装置用電流リードに関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導装置の超電導コイルは液体ヘリウ
ムガスなどの極低温冷媒により冷却されて超電導状態が
保持されるので、液体窒素を用いたふく射シールドや多
層断熱層を備えた真空容器内に収納した低温容器に封入
した液体ヘリウムに浸漬した状態で収納される。また、
超電導装置の外部に設けられる超電導コイル励磁用の電
源と超電導コイルとの間を電気的に接続する電流リード
は液体ヘリウムが気化した低温のヘリウムガスにより冷
却され、常温側からの伝導熱及び電流リードで発生する
ジュール熱（合わせて侵入熱と呼ぶ）が低温容器内に侵
入するのを阻止するよう構成される。
ムガスなどの極低温冷媒により冷却されて超電導状態が
保持されるので、液体窒素を用いたふく射シールドや多
層断熱層を備えた真空容器内に収納した低温容器に封入
した液体ヘリウムに浸漬した状態で収納される。また、
超電導装置の外部に設けられる超電導コイル励磁用の電
源と超電導コイルとの間を電気的に接続する電流リード
は液体ヘリウムが気化した低温のヘリウムガスにより冷
却され、常温側からの伝導熱及び電流リードで発生する
ジュール熱（合わせて侵入熱と呼ぶ）が低温容器内に侵
入するのを阻止するよう構成される。
【０００３】図４は超電導装置とその電流供給装置を簡
略化して示す断面図である。この図において、超電導コ
イル２は真空容器Ｏの低温容器１内に液体ヘリウムＨ1
に浸漬した状態で収納され、液体ヘリウム温度（4.2K）
に冷却されることにより超電導状態が保たれる。また、
低温容器１の外側と真空容器Ｏの間は高真空に保たれ、
この高真空空間内には低温容器１を包囲する形で液体窒
素Ｎ1 を封入した液体窒素シールド13や図示しないふく
射シールド、多層断熱層などが設けられ、外部からの熱
侵入を遮断することにより高価な液体ヘリウムＨ1 の消
費が抑制される構成になっている。液体窒素シールド13
内で気化した窒素ガスＮ2 は真空容器Ｏの蓋板を気密に
貫通する窒素ガス配管14から外部に放出される。
略化して示す断面図である。この図において、超電導コ
イル２は真空容器Ｏの低温容器１内に液体ヘリウムＨ1
に浸漬した状態で収納され、液体ヘリウム温度（4.2K）
に冷却されることにより超電導状態が保たれる。また、
低温容器１の外側と真空容器Ｏの間は高真空に保たれ、
この高真空空間内には低温容器１を包囲する形で液体窒
素Ｎ1 を封入した液体窒素シールド13や図示しないふく
射シールド、多層断熱層などが設けられ、外部からの熱
侵入を遮断することにより高価な液体ヘリウムＨ1 の消
費が抑制される構成になっている。液体窒素シールド13
内で気化した窒素ガスＮ2 は真空容器Ｏの蓋板を気密に
貫通する窒素ガス配管14から外部に放出される。
【０００４】一方、低温容器１に挿入された電流リード
３のリード配管3cは真空容器Ｏの蓋板に絶縁体８によっ
て絶縁支持され、このリード配管3cの中を通るリード導
体3aが低温側で超電導コイル２に接続され、常温部端子
3bが後述の接続片９、電源側リード11を介して電源50に
接続されている。液体ヘリウムＨ1 が蒸発して生成した
ヘリウムガスＨ2 は低温側からリード配管3cの中に入っ
て隙間3dを通ってリード導体3aやリード配管3cを冷却し
て侵入熱を奪いながら上昇し、ガス配管５とこれに管継
手で接続されたガス配管６を通りこれに符号を付さない
フランジで接続された外部配管７から外部に放出される
か、図示しない圧縮機に導かれて再度液体ヘリウムにな
って低温容器１に戻される。
３のリード配管3cは真空容器Ｏの蓋板に絶縁体８によっ
て絶縁支持され、このリード配管3cの中を通るリード導
体3aが低温側で超電導コイル２に接続され、常温部端子
3bが後述の接続片９、電源側リード11を介して電源50に
接続されている。液体ヘリウムＨ1 が蒸発して生成した
ヘリウムガスＨ2 は低温側からリード配管3cの中に入っ
て隙間3dを通ってリード導体3aやリード配管3cを冷却し
て侵入熱を奪いながら上昇し、ガス配管５とこれに管継
手で接続されたガス配管６を通りこれに符号を付さない
フランジで接続された外部配管７から外部に放出される
か、図示しない圧縮機に導かれて再度液体ヘリウムにな
って低温容器１に戻される。
【０００５】電流リード３と図４の左側に図示してある
符号を付さないもう１本の電流リードとが電源50ら引き
出された模式的に示す電源側接続リード11とこれと電流
リード３との間を接続する接続片９とに接続されて超電
導コイル２に電流が供給される。図５は従来の接続リー
ド部の平面図、図６は同じく正面図であり、接続片９は
細銅線を編んで製作したフレキシブルリードであり、電
源接続リード１１と常温端子3bとにボルト10で取付けら
れている。このような接続片９は高価なので平角銅から
なる電源接続リード11や常温部端子3cに比べて電流密度
を高くして断面積を小さくする場合が多い。したがっ
て、他の部分に比べてジュール損としての発生損失が大
きく温度が高くなる傾向にある。常温端子3bは前述のよ
うにすぐ近くまでヘリウムガスＨ1 で冷却されるので比
較的温度が低いことから、これに熱が伝わることによっ
て接続片９の温度上昇が抑制されるという現象があるの
で前述のように接続片９の電流密度を上げて断面積を小
さくし安価にすることも許容される。
符号を付さないもう１本の電流リードとが電源50ら引き
出された模式的に示す電源側接続リード11とこれと電流
リード３との間を接続する接続片９とに接続されて超電
導コイル２に電流が供給される。図５は従来の接続リー
ド部の平面図、図６は同じく正面図であり、接続片９は
細銅線を編んで製作したフレキシブルリードであり、電
源接続リード１１と常温端子3bとにボルト10で取付けら
れている。このような接続片９は高価なので平角銅から
なる電源接続リード11や常温部端子3cに比べて電流密度
を高くして断面積を小さくする場合が多い。したがっ
て、他の部分に比べてジュール損としての発生損失が大
きく温度が高くなる傾向にある。常温端子3bは前述のよ
うにすぐ近くまでヘリウムガスＨ1 で冷却されるので比
較的温度が低いことから、これに熱が伝わることによっ
て接続片９の温度上昇が抑制されるという現象があるの
で前述のように接続片９の電流密度を上げて断面積を小
さくし安価にすることも許容される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
に低温容器１への熱侵入を低減することは高価な液体ヘ
リウムの消費量を低減する上で重要であるが、接続片９
の断面積を小さくして安価にしたために、接続片９から
電流リード３への熱侵入が大きくなって液体ヘリウムＨ
1 の消費量が増大して超電導装置の運転費用が増大する
という問題が生ずる。特に10kAを越えるような大電流超
電導装置の場合、接続片９の発生損失も大きくなりこの
問題は更に増大する。更には、接続片９の長さは数十メ
ートルと長くなる場合があり、接続片に発生する電力損
失は無視できない大きなものとなる。
に低温容器１への熱侵入を低減することは高価な液体ヘ
リウムの消費量を低減する上で重要であるが、接続片９
の断面積を小さくして安価にしたために、接続片９から
電流リード３への熱侵入が大きくなって液体ヘリウムＨ
1 の消費量が増大して超電導装置の運転費用が増大する
という問題が生ずる。特に10kAを越えるような大電流超
電導装置の場合、接続片９の発生損失も大きくなりこの
問題は更に増大する。更には、接続片９の長さは数十メ
ートルと長くなる場合があり、接続片に発生する電力損
失は無視できない大きなものとなる。
【０００７】この発明の目的はこのような問題を解決
し、電流リードの常温端子からの熱侵入を低減して液体
ヘリウムの消費量を小さくし、しかも電力損失を低減し
た超電導装置の電流リードと電源との接続リードとして
の電流供給装置を提供することにある。
し、電流リードの常温端子からの熱侵入を低減して液体
ヘリウムの消費量を小さくし、しかも電力損失を低減し
た超電導装置の電流リードと電源との接続リードとして
の電流供給装置を提供することにある。
【０００８】
【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、真空容器内の低温容器に収納さ
れて液体ヘリウムに浸漬される超電導コイルに外部の電
源から電流を供給する超電導装置用電流リードが、超電
導コイルから引き出される引出リードに接続される第１
の酸化物超電導体、一端が第１の接続片を介して第１の
酸化物超電導体に接続され、他端が常温端子から引き出
された良導電体に第２の接続片を介して接続される第２
の酸化物超電導体、電気的に直列接続された第１の酸化
物超電導体と第２の酸化物超電導体と良導電体とこれら
を接続する第１と第２の接続片とを収納するリード配
管、及び、第２の酸化物超電導体とリード配管との間の
間隙に液体窒素を供給する液体窒素配管からなり、第１
の接続片が低温容器内にあるリード配管の所定の位置に
設けられるとともにリード配管の内部空間を第１の酸化
物超電導体側と第２の酸化物超電導体側とに気密に分割
し、第２の酸化物超電導体と良導電体との接続部が低温
容器外にあるリード配管の所定の位置に設けられ、リー
ド配管の超電導コイル側端部には液体ヘリウムが蒸発し
て生成されたヘリウムガスが出入り自在の開口部が設け
られ、リード配管における第１の接続片の常温側に液体
窒素配管とリード配管の内部空間とを連通する配管口が
設けられるとともにリード配管における常温端子側の端
部に窒素ガス排出配管が設けられてなるものとする。ま
た、液体窒素配管が、反対方向に電流が流れる２本の電
流リードのリード配管に共通の配管を持ち、この共通配
管が真空容器を貫通してなるものとする。また、常温端
子が電源側端子に直接接続されてなるものとする。ま
た、第１の酸化物超電導体がバルク材、第２の酸化物超
電導体が酸化物超電導体製の芯材とこれを覆う銀製の被
覆材との複合材からなるものとする。
に、この発明によれば、真空容器内の低温容器に収納さ
れて液体ヘリウムに浸漬される超電導コイルに外部の電
源から電流を供給する超電導装置用電流リードが、超電
導コイルから引き出される引出リードに接続される第１
の酸化物超電導体、一端が第１の接続片を介して第１の
酸化物超電導体に接続され、他端が常温端子から引き出
された良導電体に第２の接続片を介して接続される第２
の酸化物超電導体、電気的に直列接続された第１の酸化
物超電導体と第２の酸化物超電導体と良導電体とこれら
を接続する第１と第２の接続片とを収納するリード配
管、及び、第２の酸化物超電導体とリード配管との間の
間隙に液体窒素を供給する液体窒素配管からなり、第１
の接続片が低温容器内にあるリード配管の所定の位置に
設けられるとともにリード配管の内部空間を第１の酸化
物超電導体側と第２の酸化物超電導体側とに気密に分割
し、第２の酸化物超電導体と良導電体との接続部が低温
容器外にあるリード配管の所定の位置に設けられ、リー
ド配管の超電導コイル側端部には液体ヘリウムが蒸発し
て生成されたヘリウムガスが出入り自在の開口部が設け
られ、リード配管における第１の接続片の常温側に液体
窒素配管とリード配管の内部空間とを連通する配管口が
設けられるとともにリード配管における常温端子側の端
部に窒素ガス排出配管が設けられてなるものとする。ま
た、液体窒素配管が、反対方向に電流が流れる２本の電
流リードのリード配管に共通の配管を持ち、この共通配
管が真空容器を貫通してなるものとする。また、常温端
子が電源側端子に直接接続されてなるものとする。ま
た、第１の酸化物超電導体がバルク材、第２の酸化物超
電導体が酸化物超電導体製の芯材とこれを覆う銀製の被
覆材との複合材からなるものとする。
【０００９】
【作用】この発明の構成において、電流リードを、超電
導コイルから引き出される引出リードに接続される第１
の酸化物超電導体と、第１の接続片、第２の酸化物超電
導体と、第２の接続片と、良導電体と、常温端子とをこ
の順序に直列接続した導体、第１の酸化物超電導体から
良導電体までの導体を収納するリード配管、及び、第２
の酸化物超電導体とリード配管との間の間隙に液体窒素
を供給する液体窒素配管で構成し、第１の接続片でリー
ド配管の内部空間を気密に分割することによって、第１
の酸化物超電導体と第２の酸化物超電導体とは第１の接
続片を境にして別の冷却方式で冷却することが可能にな
る。リード配管の超電導コイル側端部は開いているの
で、この開口部から引出リードをリード配管内部に引き
込むとともに液体ヘリウムが蒸発して生成されたヘリウ
ムガスが出入りできるので第１の酸化物超電導体はヘリ
ウムガスによって冷却される。また、第１の接続片の常
温側に液体窒素配管とリード配管の内部空間とを連通す
る配管口を設け、この配管口からリード配管内に液体窒
素を注入することによって、第１の接続片及び近傍の第
２の酸化物超電導体は液体窒素Ｎ1 によって冷却される
とともに、液体窒素は気化して窒素ガスを生成しながら
リード配管内を常温端子側に向かって移動する間に第２
の酸化物超電導体全体を冷却するとともに第２の接続片
と良導電体をも冷却し、リード配管の常温側の端部に設
けられた窒素ガス排出配管を通って外部に排出される。
第１の接続片の位置を真空容器内の所定の位置に設ける
ことによって、第１の接続片とその周辺を外気に直接触
れることのないようにして熱侵入を低減し、第２の接続
片の位置を低温容器外にあるリード配管の所定の位置に
設けて、第２の酸化物超電導体をなるべく電源の接続リ
ードの近くまで引き回す。
導コイルから引き出される引出リードに接続される第１
の酸化物超電導体と、第１の接続片、第２の酸化物超電
導体と、第２の接続片と、良導電体と、常温端子とをこ
の順序に直列接続した導体、第１の酸化物超電導体から
良導電体までの導体を収納するリード配管、及び、第２
の酸化物超電導体とリード配管との間の間隙に液体窒素
を供給する液体窒素配管で構成し、第１の接続片でリー
ド配管の内部空間を気密に分割することによって、第１
の酸化物超電導体と第２の酸化物超電導体とは第１の接
続片を境にして別の冷却方式で冷却することが可能にな
る。リード配管の超電導コイル側端部は開いているの
で、この開口部から引出リードをリード配管内部に引き
込むとともに液体ヘリウムが蒸発して生成されたヘリウ
ムガスが出入りできるので第１の酸化物超電導体はヘリ
ウムガスによって冷却される。また、第１の接続片の常
温側に液体窒素配管とリード配管の内部空間とを連通す
る配管口を設け、この配管口からリード配管内に液体窒
素を注入することによって、第１の接続片及び近傍の第
２の酸化物超電導体は液体窒素Ｎ1 によって冷却される
とともに、液体窒素は気化して窒素ガスを生成しながら
リード配管内を常温端子側に向かって移動する間に第２
の酸化物超電導体全体を冷却するとともに第２の接続片
と良導電体をも冷却し、リード配管の常温側の端部に設
けられた窒素ガス排出配管を通って外部に排出される。
第１の接続片の位置を真空容器内の所定の位置に設ける
ことによって、第１の接続片とその周辺を外気に直接触
れることのないようにして熱侵入を低減し、第２の接続
片の位置を低温容器外にあるリード配管の所定の位置に
設けて、第２の酸化物超電導体をなるべく電源の接続リ
ードの近くまで引き回す。
【００１０】また、液体窒素配管を、反対方向に電流が
流れる２本の電流リードのリード配管に共通の配管を持
ち、この共通配管が真空容器を貫通する構成を採用する
ことによって、液体窒素配管の真空容器を貫通する配管
が１本でよい。また、電流リードの常温端子を電源側端
子に直接接続することによって、損失の発生する接続リ
ードの長さが最小になる。
流れる２本の電流リードのリード配管に共通の配管を持
ち、この共通配管が真空容器を貫通する構成を採用する
ことによって、液体窒素配管の真空容器を貫通する配管
が１本でよい。また、電流リードの常温端子を電源側端
子に直接接続することによって、損失の発生する接続リ
ードの長さが最小になる。
【００１１】また、第１の酸化物超電導体を被覆材のな
いバルク材、第２の酸化物超電導体を酸化物超電導体製
の芯材とこれを覆う銀製の被覆材の複合材で構成するこ
とによって、熱伝導性の高い銀被覆材がないので第１の
酸化物超電導体を伝わる熱侵入は小さく、酸化物超電導
体として通常使用される複合材はその単位長さを長い寸
法のものを入手できることから、これを使用した第２の
酸化物超電導体の接合箇所が減ってその構成が簡素化さ
れる。
いバルク材、第２の酸化物超電導体を酸化物超電導体製
の芯材とこれを覆う銀製の被覆材の複合材で構成するこ
とによって、熱伝導性の高い銀被覆材がないので第１の
酸化物超電導体を伝わる熱侵入は小さく、酸化物超電導
体として通常使用される複合材はその単位長さを長い寸
法のものを入手できることから、これを使用した第２の
酸化物超電導体の接合箇所が減ってその構成が簡素化さ
れる。
【００１２】
【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示す超電導装置とその電流リ
ードを簡略化して示す断面図であり、図４と同じ部材に
ついては共通の符号を付けて詳しい説明を省く。電流リ
ード30は低温容器１の内部と電源50の接続リード11との
間を連結するリード配管301 とこれに収納された第１の
酸化物超電導体302 、第２の酸化物超電導体304 及び良
導電体306 からなっている。
図１はこの発明の実施例を示す超電導装置とその電流リ
ードを簡略化して示す断面図であり、図４と同じ部材に
ついては共通の符号を付けて詳しい説明を省く。電流リ
ード30は低温容器１の内部と電源50の接続リード11との
間を連結するリード配管301 とこれに収納された第１の
酸化物超電導体302 、第２の酸化物超電導体304 及び良
導電体306 からなっている。
【００１３】第１の酸化物超電導体301 は超電導コイル
２から引き出された引き出しリード21にその一端が接続
され他端が第１の接続片303 を介して第２の酸化物超電
導体304 に接続される。第２の酸化物超電導体304 は第
２の接続305 を介して良導電体306 に接続されている。
良導電体306 は電流リードの常温端子3bに接続されてい
て、常温端子3bは電源50の接続リード11に直接接続され
ている。すなわち、図４及び図５に示す接続片９は使用
されていない。
２から引き出された引き出しリード21にその一端が接続
され他端が第１の接続片303 を介して第２の酸化物超電
導体304 に接続される。第２の酸化物超電導体304 は第
２の接続305 を介して良導電体306 に接続されている。
良導電体306 は電流リードの常温端子3bに接続されてい
て、常温端子3bは電源50の接続リード11に直接接続され
ている。すなわち、図４及び図５に示す接続片９は使用
されていない。
【００１４】図１が従来例である図４と大きく異なる点
は、電流リード30のリード配管301は真空容器Ｏの外部
を更に長く伸び電源50にまで達している点である。した
がって、電流リード30の電流通路となる導体を大きくは
３つに分けた第１の酸化物超電導体302,第２の酸化物超
電導体304 及び良導電体306 を、それぞれ第１、第２の
接続片303,305 を介して直列接続した構成としたもので
ある。
は、電流リード30のリード配管301は真空容器Ｏの外部
を更に長く伸び電源50にまで達している点である。した
がって、電流リード30の電流通路となる導体を大きくは
３つに分けた第１の酸化物超電導体302,第２の酸化物超
電導体304 及び良導電体306 を、それぞれ第１、第２の
接続片303,305 を介して直列接続した構成としたもので
ある。
【００１５】周知のように一般に酸化物超電導体が超電
導状態を維持するに必要な温度である臨界温度は100Kを
越える温度であり、液体窒素の温度(77K) に比べて充分
高い。これを利用して真空容器Ｏの外部の電流通路を液
体窒素で冷却することにより超電導状態が維持される酸
化物超電導体を使用することによって長い距離の接続リ
ードに発生する損失を低減するものである。もちろん、
熱侵入の低減も同時に図られる。
導状態を維持するに必要な温度である臨界温度は100Kを
越える温度であり、液体窒素の温度(77K) に比べて充分
高い。これを利用して真空容器Ｏの外部の電流通路を液
体窒素で冷却することにより超電導状態が維持される酸
化物超電導体を使用することによって長い距離の接続リ
ードに発生する損失を低減するものである。もちろん、
熱侵入の低減も同時に図られる。
【００１６】第１の酸化物超電導体302 は液体ヘリウム
Ｈ1 が蒸発して生成されたヘリウムガスＨ2 によって直
接的又は間接的に冷却される。すなわち、リード配管30
1 の低温側の端部は図示のように開口していてここから
リード配管301 に引き込まれる超電導コイル２の引出リ
ード21に第１の酸化物超電導体302 が接続される。した
がって、第１の酸化物超電導体302 は引出リード21に熱
伝導によって熱が奪われ、接触している近傍のヘリウム
ガスＨ2 に熱伝達によって熱が奪われる。液体ヘリウム
Ｈ1 から生成されたヘリウムガスＨ2 は4Kに近い極低温
なので第１の酸化物超電導体302 は超電導状態を維持す
るに足る充分の低温に冷却される。
Ｈ1 が蒸発して生成されたヘリウムガスＨ2 によって直
接的又は間接的に冷却される。すなわち、リード配管30
1 の低温側の端部は図示のように開口していてここから
リード配管301 に引き込まれる超電導コイル２の引出リ
ード21に第１の酸化物超電導体302 が接続される。した
がって、第１の酸化物超電導体302 は引出リード21に熱
伝導によって熱が奪われ、接触している近傍のヘリウム
ガスＨ2 に熱伝達によって熱が奪われる。液体ヘリウム
Ｈ1 から生成されたヘリウムガスＨ2 は4Kに近い極低温
なので第１の酸化物超電導体302 は超電導状態を維持す
るに足る充分の低温に冷却される。
【００１７】第１と第２の酸化物超電導体302，304 を
接続する第１の接続片303 の常温側には液体窒素配管31
0 が開口しておりこの開口部からリード配管301 内に液
体窒素Ｎ1 が注入される。第１の接続片303 とこれに接
続される第２の酸化物超電導体304 の下部はこの液体窒
素Ｎ1 によって冷却されて超電導状態を維持する。液体
窒素Ｎ1 は気化して窒素ガスＮ2 となりリード配管301
内を通り第２の酸化物超電導体304 を冷却しながら常温
側の端部に向かって移動し、第２の接続片305を通過し
て更に良導電体306 も冷却しながら最終的にリード配管
301 の常温側端部に設けられた窒素ガス排出配管307 か
ら排出される。
接続する第１の接続片303 の常温側には液体窒素配管31
0 が開口しておりこの開口部からリード配管301 内に液
体窒素Ｎ1 が注入される。第１の接続片303 とこれに接
続される第２の酸化物超電導体304 の下部はこの液体窒
素Ｎ1 によって冷却されて超電導状態を維持する。液体
窒素Ｎ1 は気化して窒素ガスＮ2 となりリード配管301
内を通り第２の酸化物超電導体304 を冷却しながら常温
側の端部に向かって移動し、第２の接続片305を通過し
て更に良導電体306 も冷却しながら最終的にリード配管
301 の常温側端部に設けられた窒素ガス排出配管307 か
ら排出される。
【００１８】第１の接続片303 の位置は低温容器１の内
部であればなるべく常温側に近い方、図では上部に設け
られる。その理由は、液体窒素Ｎ1 の温度は液体ヘリウ
ムＨ1 に比べれば高温であり第１の接続片303 からの熱
侵入をなるべく小さくするためには第１の酸化物超電導
体302 の長さがなるべく長い方が良いからである。第２
の接続片305 の位置はその温度が第２の酸化物超電導体
304 の臨界温度よりも低くなければならない、という条
件から決まる。この条件が満足されると第１と第２の接
続片303，305 の間の第２の酸化物超電導体305 全体が
超電導状態を維持することができる。ただ、余り余裕を
とると良導電体306 の長さが長くなって発生損失が増大
するという点を考慮する必要がある。
部であればなるべく常温側に近い方、図では上部に設け
られる。その理由は、液体窒素Ｎ1 の温度は液体ヘリウ
ムＨ1 に比べれば高温であり第１の接続片303 からの熱
侵入をなるべく小さくするためには第１の酸化物超電導
体302 の長さがなるべく長い方が良いからである。第２
の接続片305 の位置はその温度が第２の酸化物超電導体
304 の臨界温度よりも低くなければならない、という条
件から決まる。この条件が満足されると第１と第２の接
続片303，305 の間の第２の酸化物超電導体305 全体が
超電導状態を維持することができる。ただ、余り余裕を
とると良導電体306 の長さが長くなって発生損失が増大
するという点を考慮する必要がある。
【００１９】窒素ガスＮ2 は第２の接続片305 を通過し
て窒素ガス排出配管307 を通って外部に排出されるので
良導電体306 も窒素ガスＮ2 によって冷却される。前述
の第２の接続片305 が一定の温度以下に冷却されるため
には良導電体306 が窒素ガスＮ2 によって充分冷却され
る必要があるので、良導電体306 の長さは余り短くする
ことはできない。なお、液体窒素配管310 からの液体窒
素Ｎ1 の注入量は適宜大きくすることができるので、第
２の接続片305 の位置が単なる長さ寸法だけから一義的
に決まるものではない。複数の条件が考慮されて構成
的、経済的に最適な構成が採用される。
て窒素ガス排出配管307 を通って外部に排出されるので
良導電体306 も窒素ガスＮ2 によって冷却される。前述
の第２の接続片305 が一定の温度以下に冷却されるため
には良導電体306 が窒素ガスＮ2 によって充分冷却され
る必要があるので、良導電体306 の長さは余り短くする
ことはできない。なお、液体窒素配管310 からの液体窒
素Ｎ1 の注入量は適宜大きくすることができるので、第
２の接続片305 の位置が単なる長さ寸法だけから一義的
に決まるものではない。複数の条件が考慮されて構成
的、経済的に最適な構成が採用される。
【００２０】前述のように、真空容器Ｏから電源50まで
の距離は数十メートルに及ぶ場合があるので、例えば図
示のように２本の電流リード30は適宜曲げられて引き回
される。液体窒素配管310 は１本の配管を外部から真空
容器Ｏ内に通し中でＴの字状に分岐させて２本の電流リ
ード30に連結する構成を図示してある。もちろん、外部
にあるときから２本に分けて独立して液体窒素Ｎ1 を供
給する配管構成を採用することもできる。図のように中
で分岐する方式では２本の電流リード30の間で供給する
液体窒素Ｎ1 の量の比率を任意に変えることは困難であ
る。一方、独立して配管する構成の場合には液体窒素Ｎ
1 の供給量の比率を変えることも可能である。２本の電
流リード30は平行に引き回されるのでこれらの間で長さ
が大きく異なるということはないのが実際であるが、何
らかの理由で２本の電流リード30の長さが異なり第２の
酸化物超電導体304 や良導電体306 の冷却効果に差が生
ずる場合には別々に液体窒素配管を設ける構成を採用す
る方が有利な場合もある。
の距離は数十メートルに及ぶ場合があるので、例えば図
示のように２本の電流リード30は適宜曲げられて引き回
される。液体窒素配管310 は１本の配管を外部から真空
容器Ｏ内に通し中でＴの字状に分岐させて２本の電流リ
ード30に連結する構成を図示してある。もちろん、外部
にあるときから２本に分けて独立して液体窒素Ｎ1 を供
給する配管構成を採用することもできる。図のように中
で分岐する方式では２本の電流リード30の間で供給する
液体窒素Ｎ1 の量の比率を任意に変えることは困難であ
る。一方、独立して配管する構成の場合には液体窒素Ｎ
1 の供給量の比率を変えることも可能である。２本の電
流リード30は平行に引き回されるのでこれらの間で長さ
が大きく異なるということはないのが実際であるが、何
らかの理由で２本の電流リード30の長さが異なり第２の
酸化物超電導体304 や良導電体306 の冷却効果に差が生
ずる場合には別々に液体窒素配管を設ける構成を採用す
る方が有利な場合もある。
【００２１】図２は図１のＡ−Ａ断面図である。この図
において、第１の酸化物超電導体302 は２本の棒状の酸
化物超電導体から構成されていて図１には示さない間隔
片308 によってリード配管301 との間の相対位置を確保
してかつ固定してある。間隔片308 の形は正方形状をし
ていてその頂点がリード配管301 の内壁に接触してい
る。ひたがって、リード配管301 と間隔片308 には隙間
があって液体窒素Ｎ1 又は窒素ガスＮ2 が自在に通るこ
とができる。
において、第１の酸化物超電導体302 は２本の棒状の酸
化物超電導体から構成されていて図１には示さない間隔
片308 によってリード配管301 との間の相対位置を確保
してかつ固定してある。間隔片308 の形は正方形状をし
ていてその頂点がリード配管301 の内壁に接触してい
る。ひたがって、リード配管301 と間隔片308 には隙間
があって液体窒素Ｎ1 又は窒素ガスＮ2 が自在に通るこ
とができる。
【００２２】図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。この図
において、第２の酸化物超電導体304 は２本の酸化物超
電導体からなっており、この酸化物超電導体は芯材3041
とこの芯材3041を被覆する被覆材3042との複合材からな
っている。被覆材3042は銀製なのが普通であり、棒状の
酸化物超電導体として通常使用されのは複合材である。
これに対して図２のように被覆材のない酸化物超電導体
のことはバルク材と呼ばれる。第２の酸化物超電導体30
4に複合材を採用するのは、複合材は長尺のものが使用
できることとクエンチを起こしにくいという特性を持っ
ているという利点があるからである。バルク材の場合
は、１本の酸化物超電導体の長さはせいぜい300 mm程度
が製作上の限度であるの対して複合材ではこれよりもは
るかに長尺のものが製作できる。したがって、長さが数
十メートルに及ぶことのある第２の酸化物超電導体に複
合材を採用することによって、酸化物超電導体の接続部
が少なくて済むという利点がある。一方、第１の酸化物
超電導体の場合、１本のバルク材で充分な程度の長さで
良いとともに、銀製の被覆材を熱伝導によって侵入する
熱侵入をなくすことができる。周知のように銀の熱伝導
率は銅よりも大いことを考慮する必要がある。第１の酸
化物超電導体302は液体窒素Ｎ1 の温度にある第１の接
続片303と液体ヘリウムＨ1 の温度にある引出リード21
とを熱的に連結するので、これに銀製の被覆材を使用し
た酸化物超電導体を使用すると熱侵入が増大するという
問題が生ずる。前述のように第１の酸化物超電導体302
にバルク材を採用することによってこのような問題を回
避することができる。なお、バルク材としての酸化物超
電導体の熱伝導率は銅などの良導体のそれの約100 分の
１である。第１の酸化物超電導体302 は液体ヘリウムＨ
1 の温度に近い極低温と液体窒素Ｎ1 の温度との間を連
結するものなので、臨界温度に対しては充分の余裕があ
って、バルク材がクエンチを起こしやすいという欠点が
実際の問題になることはない。一方、第２の酸化物超電
導体304の場合、第２の接続片305の近くでは酸化物超電
導体の臨界温度近くまで温度上昇した状態で使用される
のでバルク材の使用はできない。
において、第２の酸化物超電導体304 は２本の酸化物超
電導体からなっており、この酸化物超電導体は芯材3041
とこの芯材3041を被覆する被覆材3042との複合材からな
っている。被覆材3042は銀製なのが普通であり、棒状の
酸化物超電導体として通常使用されのは複合材である。
これに対して図２のように被覆材のない酸化物超電導体
のことはバルク材と呼ばれる。第２の酸化物超電導体30
4に複合材を採用するのは、複合材は長尺のものが使用
できることとクエンチを起こしにくいという特性を持っ
ているという利点があるからである。バルク材の場合
は、１本の酸化物超電導体の長さはせいぜい300 mm程度
が製作上の限度であるの対して複合材ではこれよりもは
るかに長尺のものが製作できる。したがって、長さが数
十メートルに及ぶことのある第２の酸化物超電導体に複
合材を採用することによって、酸化物超電導体の接続部
が少なくて済むという利点がある。一方、第１の酸化物
超電導体の場合、１本のバルク材で充分な程度の長さで
良いとともに、銀製の被覆材を熱伝導によって侵入する
熱侵入をなくすことができる。周知のように銀の熱伝導
率は銅よりも大いことを考慮する必要がある。第１の酸
化物超電導体302は液体窒素Ｎ1 の温度にある第１の接
続片303と液体ヘリウムＨ1 の温度にある引出リード21
とを熱的に連結するので、これに銀製の被覆材を使用し
た酸化物超電導体を使用すると熱侵入が増大するという
問題が生ずる。前述のように第１の酸化物超電導体302
にバルク材を採用することによってこのような問題を回
避することができる。なお、バルク材としての酸化物超
電導体の熱伝導率は銅などの良導体のそれの約100 分の
１である。第１の酸化物超電導体302 は液体ヘリウムＨ
1 の温度に近い極低温と液体窒素Ｎ1 の温度との間を連
結するものなので、臨界温度に対しては充分の余裕があ
って、バルク材がクエンチを起こしやすいという欠点が
実際の問題になることはない。一方、第２の酸化物超電
導体304の場合、第２の接続片305の近くでは酸化物超電
導体の臨界温度近くまで温度上昇した状態で使用される
のでバルク材の使用はできない。
【００２３】これらの理由によって第１の酸化物超電導
体302 と第２の酸化物超電導体304とで異なる構成の酸
化物超電導体を使用するのが実用的に適していることに
なる。なお、図２、図３では酸化物超電導体302 、304
を構成する酸化物超電導体の本数を２本としたがこれに
こだわるものではない、また、間隔片308 、309 を正方
形としたがこれにこだわるものではなく、例えば六角形
でもよく円形に穴を開けたものでもよい。いずれにして
も酸化物超電導体302 、304 を固定しかつ流体の通過を
阻止することのない構成であればよい。
体302 と第２の酸化物超電導体304とで異なる構成の酸
化物超電導体を使用するのが実用的に適していることに
なる。なお、図２、図３では酸化物超電導体302 、304
を構成する酸化物超電導体の本数を２本としたがこれに
こだわるものではない、また、間隔片308 、309 を正方
形としたがこれにこだわるものではなく、例えば六角形
でもよく円形に穴を開けたものでもよい。いずれにして
も酸化物超電導体302 、304 を固定しかつ流体の通過を
阻止することのない構成であればよい。
【００２４】
【発明の効果】この発明は前述のように電流リードを構
成したので、第１の酸化物超電導体を直接的間接的にヘ
リウムガスで冷却し、第２の酸化物超電導体を液体窒素
で冷却することができ、液体窒素はリード配管内の第１
の接続片の常温側に注入され、窒素ガス排出配管から排
出される間に第２の酸化物超電導体、第２の接続片及び
良導電体を冷却する。第２の酸化物超電導体の臨界温度
は約100Kで液体窒素の温度77K に対して充分高いので第
２の酸化物超電導体の長さが長くても全長にわたって超
電導状態を維持するための冷却を行うことができる。そ
の結果、第１の酸化物超電導体の高温側の温度は液体窒
素の温度なので、低温容器への熱侵入は小さくなり、電
源から超電導コイルに至る接続リードの殆どの部分を超
電導体で構成することができるので発生損失を大幅に低
減するという効果が得られる。この効果は接続リードの
長い配置では特に有効となる。
成したので、第１の酸化物超電導体を直接的間接的にヘ
リウムガスで冷却し、第２の酸化物超電導体を液体窒素
で冷却することができ、液体窒素はリード配管内の第１
の接続片の常温側に注入され、窒素ガス排出配管から排
出される間に第２の酸化物超電導体、第２の接続片及び
良導電体を冷却する。第２の酸化物超電導体の臨界温度
は約100Kで液体窒素の温度77K に対して充分高いので第
２の酸化物超電導体の長さが長くても全長にわたって超
電導状態を維持するための冷却を行うことができる。そ
の結果、第１の酸化物超電導体の高温側の温度は液体窒
素の温度なので、低温容器への熱侵入は小さくなり、電
源から超電導コイルに至る接続リードの殆どの部分を超
電導体で構成することができるので発生損失を大幅に低
減するという効果が得られる。この効果は接続リードの
長い配置では特に有効となる。
【００２５】また、液体窒素配管を、反対方向に電流が
流れる２本の電流リードのリード配管に共通の配管を持
ち、この共通配管を真空容器を貫通し真空容器の中で分
岐して２本の電流リードそれぞれに液体窒素を供給する
構成を採用することによって、液体窒素配管の真空容器
を貫通する配管が１本でよいので構成が簡素になるとい
う効果がえられる。
流れる２本の電流リードのリード配管に共通の配管を持
ち、この共通配管を真空容器を貫通し真空容器の中で分
岐して２本の電流リードそれぞれに液体窒素を供給する
構成を採用することによって、液体窒素配管の真空容器
を貫通する配管が１本でよいので構成が簡素になるとい
う効果がえられる。
【００２６】また、電流リードの常温端子を電源側端子
に直接接続することによって、損失の発生するリードの
長さを最小にすることができる。また、第１の酸化物超
電導体を被覆材のないバルク材で構成することによっ
て、従来用いられる酸化物超電導体製の芯材とこれを覆
う銀製の被覆材の複合材を使用する場合に比べて熱伝導
率の大きな被覆材を伝わる熱侵入をなくすことができ
る。バルク材はクエンチを起こしやすい欠点があるが、
酸化物超電導体の臨界温度に比べてはるかに低いヘリウ
ムガスで冷却されるのでこの欠点が実際の問題になるこ
とはない。第２の酸化物超電導体には前述の複合材を使
用する。第２の酸化物超電導体は超電導状態を維持する
ための臨界温度に近い高温で使用される部分もあるので
クエンチを起こしにくい複合材の使用が適している。ま
た、複合材はバルク材に比べてはるかに長尺のものが入
手できるので、数十メートルにわたる長い第２の酸化物
超電導体の接合箇所が少ない簡素な構成とすることがで
きる。
に直接接続することによって、損失の発生するリードの
長さを最小にすることができる。また、第１の酸化物超
電導体を被覆材のないバルク材で構成することによっ
て、従来用いられる酸化物超電導体製の芯材とこれを覆
う銀製の被覆材の複合材を使用する場合に比べて熱伝導
率の大きな被覆材を伝わる熱侵入をなくすことができ
る。バルク材はクエンチを起こしやすい欠点があるが、
酸化物超電導体の臨界温度に比べてはるかに低いヘリウ
ムガスで冷却されるのでこの欠点が実際の問題になるこ
とはない。第２の酸化物超電導体には前述の複合材を使
用する。第２の酸化物超電導体は超電導状態を維持する
ための臨界温度に近い高温で使用される部分もあるので
クエンチを起こしにくい複合材の使用が適している。ま
た、複合材はバルク材に比べてはるかに長尺のものが入
手できるので、数十メートルにわたる長い第２の酸化物
超電導体の接合箇所が少ない簡素な構成とすることがで
きる。
【図１】この発明の実施例を示す超電導装置とその電流
リードの断面図
リードの断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図
【図４】従来の超電導装置とその電流リードの断面図
【図５】図４の電流リードと電源を接続する接続リード
の平面図
の平面図
【図６】図５の接続リードの正面図
１ 低温容器 ２ 超電導コイル １１ 電源側接続リード ５０ 電源 ３、３０ 電流リード ３ｂ 常温端子 ３ｃ、３０１ リード配管 ３０２ 第１の酸化物超電導体 ３０３ 第１の接続片 ３０４ 第２の酸化物超電導体 ３０５ 第２の接続片 ３０６ 良導電体 ３０７ 窒素ガス排出配管 ３１０ 液体窒素配管 Ｎ1 液体窒素Ｎ1 Ｎ2 窒素ガス Ｈ1 液体ヘリウム Ｈ2 ヘリウムガス
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 6/00
Claims (4)
- 【請求項１】真空容器内の低温容器に収納されて液体ヘ
リウムに浸漬される超電導コイルに外部の電源から電流
を供給する超電導装置用電流リードが、 超電導コイルから引き出される引出リードに接続される
第１の酸化物超電導体、一端が第１の接続片を介して第
１の酸化物超電導体に接続され、他端が常温端子から引
き出された良導電体に第２の接続片を介して接続される
第２の酸化物超電導体、 電気的に直列接続された第１の酸化物超電導体と第２の
酸化物超電導体と良導電体とこれらを接続する第１と第
２の接続片とを収納するリード配管、 及び、第２の酸化物超電導体とリード配管との間の間隙
に液体窒素を供給する液体窒素配管からなり、 第１の接続片が低温容器内にあるリード配管の所定の位
置に設けられるとともにリード配管の内部空間を第１の
酸化物超電導体側と第２の酸化物超電導体側とに気密に
分割し、 第２の酸化物超電導体と良導電体との接続部が低温容器
外にあるリード配管の所定の位置に設けられ、 リード配管の超電導コイル側端部には液体ヘリウムが蒸
発して生成されたヘリウムガスが出入り自在の開口部が
設けられ、 リード配管における第１の接続片の常温側に液体窒素配
管とリード配管の内部空間とを連通する配管口が設けら
れるとともにリード配管における常温端子側の端部に窒
素ガス排出配管が設けられてなることを特徴とする超電
導装置用電流リード。 - 【請求項２】液体窒素配管が、反対方向に電流が流れる
２本の電流リードのリード配管に共通の配管を持ち、こ
の共通配管が真空容器を貫通してなることを特徴とする
請求項１記載の超電導装置用電流リード。 - 【請求項３】常温端子が電源側端子に直接接続されてな
ることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導装置用
電流リード。 - 【請求項４】第１の酸化物超電導体がバルク材、第２の
酸化物超電導体が酸化物超電導体製の芯材とこれを覆う
銀製の被覆材との複合材からなることを特徴とする請求
項１，２又は３記載の超電導装置用電流リード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30995493A JP3316986B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 超電導装置用電流リード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30995493A JP3316986B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 超電導装置用電流リード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161526A JPH07161526A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3316986B2 true JP3316986B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17999359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30995493A Expired - Fee Related JP3316986B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 超電導装置用電流リード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316986B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102204608B1 (ko) * | 2019-12-02 | 2021-01-19 | 한국기초과학지원연구원 | 초전도 자석의 냉각을 유지하기 위한 극저온 용기 및 이의 설계 방법 |
-
1993
- 1993-12-10 JP JP30995493A patent/JP3316986B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07161526A (ja) | 1995-06-23 |
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