JP4082747B2 - Oxide superconducting current lead and superconducting magnet device - Google Patents

Oxide superconducting current lead and superconducting magnet device Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、超電導装置に用いられる酸化物超電導電流リードおよび超電導マグネット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の種々の超電導装置においては、外部装置と電気的な接続を持つために超電導電流リードが不可欠であり、今までにも種々の構造の超電導電流リードが提案されている。近年は液体ヘリウムや液体水素等の冷媒への熱侵入量を低下させるための手段として、熱伝導性の低い酸化物超電導体を利用した超電導電流リードが使用されている。
【０００３】
ここで、従来の超電導マグネット装置については、図９の断面図を、従来の酸化物超電導リードについては、図１０の断面図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明していく。
【０００４】
従来の超電導マグネット装置１０１は、周囲がクライオスタット１０２で構成され、クライオスタット１０２内に超電導マグネット１０３が収容装着されている。該超電導マグネット１０３は、液体ヘリウム１０４中に浸漬冷却されている。また、クライオスタット１０２外の外部電源側に接続する銅製リード１０５と、銅製リード１０５を挿通冷却する液体窒素槽１０６がある。超電導マグネット１０３と液体窒素槽１０６中に浸漬された銅製リード１０５との間に管状の酸化物超電導電流リード１０７が接続してある。その他、液体窒素等の冷媒の通路１０９があり、冷媒の通路１０９内には、冷媒注入口および冷媒回収口などが設けられている。
【０００５】
また、図１０（ａ）に示されているように、酸化物超電導電流リード１０７は、管状の酸化物超電導体１０７ａの両端部に、銅製の端子１０７ｂを直接接続した構成を採っている。
【０００６】
なお、図１０（ｂ）に示されているように、管状の酸化物超電導体１０７ａの周囲に非接触に機械的強度が高く、熱伝導率の小さい、例えばステンレス鋼などの金属やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）などの保護部材１０９を端子１０７ｂに支持されるように設置し、管状の酸化物超電導体１０７ａを保護しているものもある。
【０００７】
以下、このように構成された超電導マグネット装置１０１の動作について説明していく。
クライオスタット外の外部電源から供給される電流は、一部分が液体窒素槽１０６中に浸漬されている銅製リード１０５に通電する。この液体窒素槽１０６で外部から侵入する熱を吸収している。その後電流は、超電導状態である酸化物超電導電流リード１０７を流れる。ここで酸化物超電導電流リード１０７は、さらに熱の侵入をおさえ、液体ヘリウム１０４中に浸漬されている超電導マグネット１０３に電流を通電する。そして、超電導マグネット１０３は磁界を発生することにより、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）や磁気浮上超電導機器などの磁気供給源として利用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された酸化物超電導電流リードおよび超電導マグネット装置は、酸化物超電導電流リードが無い構成と比べて、液体ヘリウムに侵入してくる熱を大幅に低減させることができる。それは、酸化物超電導体の場合は、熱伝導率が銅より１桁以上も小さいばかりでなく、超電導状態を有する臨界温度以下に冷却すれば、通電電流の２乗に比例して発生するジュール熱も発生しないためである。
【０００９】
しかしながら、酸化物超電導体は種々の金属と異なり、一般に塑性変形をほとんどせず、曲げ力や衝撃、振動に対して構造的に弱いためクラックなどの破損が生じる恐れがある。クラックなどの破損は、酸化物超電導電流リードにとっては致命的な欠陥となり、超電導マグネットの損傷に繋がり、酸化物超電導体の飛散による二次災害に及ぶこともある。
【００１０】
また、保護部材による酸化物超電導体の強度補強は、超電導状態に冷却する際において、保護部材と酸化物超電導体との物性的な熱収縮性の違いによって、酸化物超電導体に大きな歪が生じて破断が起きやすくなるという問題点がある。
そこで、本発明は上記課題に鑑みて、酸化物超電導体との接続部や本体に無理な力が加わることなく、熱収縮および組み立て、構成時の誤差調整に対応でき、振動などの衝撃に対して耐久性があり、しかも仮に破損したとしても超電導マグネットを保護し、かつ歪による酸化物超電導体の破断によって生じる酸化物超電導体の飛散による二次災害も防止することができる信頼性の高い酸化物超電導電流リードおよび超電導マグネット装置を提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の酸化物超電導電流リードにおいては、酸化物超電導体本体と、前記酸化物超電導体本体の両端部に接続される熱伝導性および電気伝導性を持つ部材からなる電極部と、前記電極部に接続され電流を導くリード部と、前記酸化物超電導体本体を囲むように離間して設けられ前記電極部に支持される保護筒と、前記保護筒の壁内を一端から他端へ貫通し、前記電極部に支持されると共に電気伝導性を持ち前記両端部の電極部と電気的に接続する支持棒を具備し、前記支持棒と少なくとも一方の前記電極部間を弾性支持する弾性体とから構成される。
【００１２】
すなわち、本発明は、電極部および保護筒とを弾性体で接続し、酸化物超電導体本体および酸化物超電導体本体に接続される電極部および保護筒に対し、低温下で熱収縮性の相違に起因する歪みを吸収する弾性体を設けると共に酸化物超電導体が超電導状態でなくなった場合であっても両電極間に電流を流しうる構成としたことを骨子としている。
【００１５】
また、本発明の超電導マグネット装置では、クライオスタット内で第１冷却材に浸漬されている超電導マグネットと、前記クライオスタット内で第２冷却材に浸漬されているリード部と、前記クライオスタット内の酸化物超電導体本体と、前記酸化物超電導体本体の両端部に接続され、前記リード部および前記超電導マグネットに接続される熱伝導性および電気伝導性を持つ部材からなる電極部と、前記酸化物超電導体本体を囲むように離間して設けられ前記電極部に支持される保護筒と、前記保護筒の周面部において一端から他端へ貫通し、前記電極部に支持されると共に電気伝導性を持ち前記両端部の電極部と電気的に接続する支持棒と、前記支持棒と前記電極部とを弾性支持する弾性体とから構成される。
【００１７】
【作用】
本発明による酸化物超電導電流リードによれば、酸化物超電導体の熱収縮による変位は、電極部および保護筒が接続される支持棒に設けられた弾性体が伸縮することで、酸化物超電導本体や接続部に無理な力が加わることが無くなる。
【００１８】
また、弾性体によって適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体と電極部との接続部分での電気的、熱的な接触抵抗を低減できる。
万一、酸化物超電導本体がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも支持棒が瞬間的には電気を流すことで超電導マグネットの保護やアーク放電事故を低減させ、しかも、保護筒により酸化物超電導本体の飛散による二次災害を防止することができる。
【００１９】
また、この保護筒は外部から酸化物超電導本体への輻射熱の侵入を防止することになり、安定した優れた酸化物超電導電流リードとして機能する。
さらに、本発明による超電導マグネット装置によれば、酸化物超電導電流リードが無い構成と比べて、液体ヘリウムに侵入してくる熱を大幅に低減させることができる。例えば、酸化物超電導体の場合は、熱伝導率が銅より１桁以上も小さいばかりでなく、超電導状態を有する臨界温度以下に冷却すれば、通電電流の２乗に比例して発生するジュール熱も発生しないため、高価な液体ヘリウムを従来の使用量と比べて低減することが可能となる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照しながら説明していく。
（実施例１）
図１は、本発明の第１実施例に係る酸化物超電導電流リードの断面図を示している。
【００２１】
例えば管状の酸化物超電導体本体１には、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂが半田や銀ペーストによって接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状の形状でも良い。上部第１電極部２ａは、クライオスタット外の外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮率で、熱を伝え難いセラミック材料やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形状等の中空の保護筒３が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。保護筒３の壁内には一端から他端に貫通している円筒または多角形のガイド穴４が設けられている。ガイド穴４には、電気伝導性をもち、温度変化によっても形状が変化しない物質例えばＳＵＳなどの材料等から構成される支持棒５が挿入されており、上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂにもそれぞれ挿通されている。ここで、図１のように支持棒５の一端にはバネ等の弾性体６が設けてあり、他端は固定されており、酸化物超電導体本体１の軸心上に適切な初期圧縮力を加えてある。
【００２２】
また、超電導マグネット７と、下部第１電極部２ｂとの間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
このように構成された第１実施例の動作については、以下の通りである。
【００２３】
酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている上部第１電極部２ａを通り、保護筒３も上部第１電極部２ａに接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに下部第１電極部２ｂおよびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００２４】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下に述べるような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている上部第１電極部２ａを通り、上部第１電極部２ａに接している支持棒５に流れ、さらに下部第１電極部２ｂおよびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに利用される。
【００２５】
すなわち、本実施例における支持棒５は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時に流れる臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。 また、上部第１電極部２ａは液体窒素に、下部第１電極部２ｂは液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および支持棒５および保護筒３および上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂにはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、バネ等の弾性体６が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。 このような本実施例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒３および上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂが、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と上部第１電極部２ａの接続部分、また酸化物超電導体本体１と下部第１電極部２ｂとの接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を弾性体６が吸収することで破損がなくなる。
【００２６】
さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても弾性体６が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００２７】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と第１電極部２ａとの接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００２８】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気が支持棒５に流れることで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒３により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００２９】
さらに保護筒３は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。
（実施例２）
図２は、本発明の第２実施例に係る酸化物超電導電流リードの断面図を示している。
【００３０】
例えば管状の酸化物超電導体本体１には、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂが半田や銀ペーストによって接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状の形状でも良い。上部第１電極部２ａは、クライオスタット外の外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮率で、熱を伝え難いセラミック材料やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形状等の中空の保護筒３が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。保護筒３の壁には一端から壁中を他端に貫通している円筒または多角形のガイド穴４が設けられている。ガイド穴４には、電気伝導性をもち、温度変化によっても形状が変化しない物質例えばＳＵＳなどの材料等から構成される支持棒５が挿入されており、上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂにもそれぞれ挿通されている。ここで、図２のように支持棒５の両端にはバネ等の弾性体６が設けてあり、酸化物超電導体本体１の軸心上に適切な初期圧縮力を加えてある。
【００３１】
また、超電導マグネット７と、下部第１電極部２ｂとの間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
このように構成された第１実施例の動作については、以下の通りである。
【００３２】
酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている上部第１電極部２ａを通り、保護筒３も上部第１電極部２ａに接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに下部第１電極部２ｂおよびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００３３】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下に述べるような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている上部第１電極部２ａを通り、上部第１電極部２ａに接している支持棒５に流れ、さらに下部第１電極部２ｂおよびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに利用される。
【００３４】
すなわち、本実施例における支持棒５は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時に流れる臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。 また、上部第１電極部２ａは液体窒素に、下部第１電極部２ｂは液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および支持棒５および保護筒３および上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂにはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、バネ等の弾性体６が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。 このような本実施例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒３および上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂが、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と上部第１電極部２ａの接続部分、また酸化物超電導体本体１と下部第１電極部２ｂとの接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を弾性体６が吸収することで破損がなくなる。
【００３５】
さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても弾性体６が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００３６】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と第１電極部２ａとの接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００３７】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気が支持棒５に流れることで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒３により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００３８】
さらに、保護筒３は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。
【００３９】
また、実施例１よりも、低温下での酸化物超電導体本体１および保護筒３および上部第１電極部２ａおよび下部第１電極部２ｂの熱収縮による歪を２つの弾性体６が吸収することでより破損を防止している。
（参考例１）
図３は、第１の参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図である。
【００４０】
図３のように、例えば管状の酸化物超電導体本体１が、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの第１電極部１０および第２電極部１１が電気的に半田や銀ペーストを用いて接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状でも良い。
【００４１】
第２電極部１１は、図４の外観図に示されるように酸化物超電導体本体１の曲がりを防ぐために、酸化物超電導体本体１との接続部分を酸化物超電導体本体１の軸心方向や軸心方向と対向する方向などの変位を自在に支持している。
【００４２】
第１電極部１０は、図示されていないが外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮で、熱を伝え難いセラミック材料やステンレス材やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形等の中空の保護筒３が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。酸化物超電導体本体１の周囲に非接触に配置される保護筒３は、その端部が第１電極部１０および第２電極部１１に締結されている。また、超電導マグネット７と、第２電極部１１との間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
【００４３】
また、図４に示すように第２電極部１１は、筒状の第１バネ部１２および蛇腹状の第２バネ部１３から構成されている。第２電極部１１は、酸化物超電導体本体１に対して適度なバネ強さに調整されてある。酸化物超電導体本体１との接続側には第１バネ部１２が、また、柔軟性をもつリード線８側には第２バネ部１３がそれぞれ接続されている。ここで、第１バネ部１２は、酸化物超電導体本体１の軸心と平行に複数の第１スリット１４が形成されている。また、第２バネ部１３は、酸化物超電導体本体１の軸心と垂直方向に複数の第２スリット１５が放射状に形成されている。これら第１スリット１４および第２スリット１５は、酸化物超電導体本体１の軸心と平行方向および垂直方向の熱収縮による歪の変位に対して伸縮自在となるように構成され、歪を吸収している。
【００４４】
このように構成された第１の参考例の動作については以下の通りである。酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている第１電極部１０を通り、保護筒３も第１電極部１０に接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに第２電極部１１およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに磁気供給源に利用される。
【００４５】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下ような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている第１電極部１０を通り、第１電極部１０に接している保護筒３に流れ、さらに第２電極部１１およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして、超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００４６】
すなわち本参考例における保護筒３は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時の臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。
【００４７】
また、第１電極部１０は液体窒素に、第２電極部１１は液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および保護筒３および第１電極部１０および第２電極部１１にはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、第２電極部１１に設けられる第１スリット１４および第２スリット１５が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。
【００４８】
このような本参考例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒３および第１電極部１０および第２電極部１１が、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と第１電極部１０の接続部分、また酸化物超電導体本体１と第２電極部１１との接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を第２電極部１１に設けられる第１スリット１４および第２スリット１５が吸収することで破損がなくなる。さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても第１バネ部１２および第２バネ部１３が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００４９】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と第２電極部１１との接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００５０】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気を保護筒３に流すことで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒３により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００５１】
さらに保護筒３は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。
（参考例２）
図５は、本発明の第２参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図である。
【００５２】
図５のように、例えば管状の酸化物超電導体本体１が、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの第１電極部１０および第２電極部１１が電気的に半田や銀ペーストを用いて接続されている。また、図５に示されるように第２電極部１１が酸化物超電導体本体１の両端部に接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状でも良い。
【００５３】
第１電極部１０は、図示されていないが外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮で、熱を伝え難いセラミック材料やステンレス材やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形等の中空の保護筒３が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。酸化物超電導体本体１の周囲に非接触に配置される保護筒３は、その端部が第１電極部１０および第２電極部１１に締結されている。また、超電導マグネット７と、第２電極部１１との間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
【００５４】
第２電極部１１は、酸化物超電導体本体１に対して適度なバネ強さに調整されてある。この第２電極部１１によって、酸化物超電導体本体１の軸心と平行方向および垂直方向の熱収縮による歪の変位に対して伸縮自在となるように構成され、歪を吸収している。
【００５５】
このように構成された第２参考例の動作については以下の通りである。酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている第１電極部１０を通り、保護筒３も第１電極部１０に接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに第２電極部１１およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに磁気供給源に利用される。
【００５６】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下ような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている第１電極部１０を通り、第１電極部１０に接している保護筒３に流れ、さらに第２電極部１１およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして、超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００５７】
すなわち本参考例における保護筒３は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時の臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。
【００５８】
また、第１電極部１０は液体窒素に、第２電極部１１は液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および保護筒３および第１電極部１０および第２電極部１１にはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、第２電極部１１が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。
【００５９】
このような本参考例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒３および第１電極部１０および第２電極部１１が、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と第１電極部１０の接続部分、また酸化物超電導体本体１と第２電極部１１との接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を第２電極部１１が吸収することで破損がなくなる。さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても第２電極部１１が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００６０】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と第２電極部１１との接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００６１】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気を保護筒３に流すことで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒３により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００６２】
さらに保護筒３は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。また、参考例１よりも低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒３および第１電極部１０および第２電極部１１の熱収縮によって生ずる歪をより吸収することで破損をより防止している。
（参考例３）
図６は、本発明の第３参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図を示している。
【００６３】
例えば、管状の酸化物超電導体本体１の一端部には、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの電極部１６が半田や銀ペーストによって接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状の形状でも良い。電極部１６は、クライオスタット外の外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮率で、熱を伝え難いセラミック材料やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形状等の中空の保護筒体１７が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。さらに、保護筒体１７には突起状の部分が設けられている。そして、図６に示されるように突起部分と電極部１６との間にはバネ等の弾性体６が設けてあり、酸化物超電導体本体１の軸心上に適切な初期圧縮力を加えてある。そして、超電導マグネット７と、電極部１６との間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
【００６４】
このように構成された第３参考例の動作については、以下の通りである。酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている電極部１６を通り、保護筒体１７も電極部１６に接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに電極部１６およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００６５】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下に述べるような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている電極部１１を通り、電極部１６に接している保護筒体１７に流れ、さらに電極部１６およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに利用される。
【００６６】
すなわち、本参考例における保護筒体１７は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時に流れる臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。
【００６７】
また、電極部１６は液体窒素および液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および保護筒体１７および電極部１６にはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、保護筒１６の突起部分に設けられたバネ等の弾性体６が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。
【００６８】
このような本参考例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒体１７および電極部１６が、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と電極部１６の接続部分との接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を弾性体６が吸収することで破損がなくなる。
【００６９】
さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても弾性体６が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００７０】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と電極部１６との接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００７１】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気が保護筒体１７に流れることで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒体１７により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００７２】
さらに保護筒体１７は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。
（参考例４）
図７は、本発明の第４参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図を示している。
【００７３】
例えば、管状の酸化物超電導体本体１の両端部には、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの電極部１６が半田や銀ペーストによって接続されている。ここで、酸化物超電導体本体１は、線状および板状の形状でも良い。電極部１６は、クライオスタット外の外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体１と同等の熱収縮率で、熱を伝え難いセラミック材料やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形状等の中空の保護筒体１７が酸化物超電導体本体１を囲むように離間して配置されている。さらに、保護筒体１７には突起状の部分が設けられている。そして、図７に示されるように突起部分と電極部１６との間にはバネ等の弾性体６が設けてあり、酸化物超電導体本体１の軸心上に適切な初期圧縮力を加えてある。そして、超電導マグネット７と、電極部１６との間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線８が設けられている。
【００７４】
このように構成された第４参考例の動作については、以下の通りである。酸化物超電導体本体１が超電導状態を保持している通常の場合は、外部電源より供給される電流は、まず液体窒素温度以下に冷却されている電極部１６を通り、保護筒体１７も電極部１６に接続されているが超電導状態にある酸化物超電導体本体１に流れ、さらに電極部１６およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源に利用される。
【００７５】
しかしながら、酸化物超電導体本体１が熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時（常電導状態へ転移した時）は、以下に述べるような動作を行う。
外部電源より供給される電流の流路は、液体窒素温度以下に冷却されている電極部１１を通り、電極部１６に接している保護筒体１７に流れ、さらに電極部１６およびリード線８の順に通電していく。そして、柔軟性のあるリード線８の下部に配置される超電導マグネット７に導かれ、磁界を発生する。そして超電導マグネット７は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などに利用される。
【００７６】
すなわち、本参考例における保護筒体１７は、熱などの何らかの要因によりクエンチを起こした時に流れる臨界電流値以上の超過電流によって、酸化物超電導体本体１や超電導マグネット７が破損してしまうことを防止する役目を果たしている。
【００７７】
また、電極部１６は液体窒素および液体ヘリウムに浸漬されるため、酸化物超電導体本体１および保護筒体１７および電極部１６にはそれぞれ熱収縮がおこる。この熱収縮によって生じる歪により酸化物超電導体本体１が破損することを防ぐために、保護筒１６の突起部分に設けられたバネ等の弾性体６が伸縮することで熱収縮による変化分を吸収している。
【００７８】
このような本参考例によれば、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒体１７および電極部１６が、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体１や酸化物超電導体本体１と電極部１６の接続部分との接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を弾性体６が吸収することで破損がなくなる。
【００７９】
さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても弾性体６が酸化物超電導体本体１の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体１に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体１の割れや折れなどを防止している。
【００８０】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体１と電極部１６との接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体１外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体１に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００８１】
万一、酸化物超電導本体１がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気が保護筒体１７に流れることで超電導マグネット７を保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒体１７により酸化物超電導本体１が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
【００８２】
さらに保護筒体１７は、外部から酸化物超電導体本体１への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リード９として機能している。
【００８３】
また、参考例４よりも低温下で酸化物超電導体本体１および保護筒体１７および電極部１６が熱収縮によって生ずる歪による無理な力を弾性体６が吸収することで破損がさらに防止される。
（実施例３）
本発明の超電導マグネット装置の構成について、図８の断面図を参照しながら以下、説明していく。
【００８４】
まず、超電導マグネット装置１８は、周囲がクライオスタット１９で構成され、クライオスタット１９内に超電導マグネット２０が収容装着されている。該超電導マグネット２０は、液体ヘリウム２１（第１冷却材）中に浸漬冷却されている。 また、クライオスタット１９外の外部電源側に接続する銅製リード２２と、銅製リード２２を挿通冷却する液体窒素槽２３（第２冷却材）がある。超電導マグネット２０と液体窒素槽２３中に浸漬された銅製リード２２との間に管状の酸化物超電導電流リード９が接続してある。その他、液体窒素等の冷媒の通路２４があり、冷媒の通路２４内には、冷媒注入口および冷媒回収口などが設けられている。ここで、酸化物超電導電流リード９は、板状および線状の形状でもかまわない。
【００８５】
また、酸化物超電導電流リード９について説明していく。例えば管状の酸化物超電導体本体には、熱伝導性および電気伝導性をもつ銅などの上部第１電極部および下部第１電極部が半田や銀ペーストによって接続されている。ここで、酸化物超電導体本体は、線状および板状の形状でも良い。上部第１電極部は、クライオスタット外の外部電源とつながれている。また、酸化物超電導体本体と同等の熱収縮率で、熱を伝え難いセラミック材料やＦＲＰなどの円筒形状または断面が方形など多角形状等の中空の保護筒が酸化物超電導体本体の周囲に非接触に配置されている。保護筒の周面部には一端から壁中を他端に貫通している円筒または多角形のガイド穴が設けられている。ガイド穴には、電気伝導性をもち、温度変化によって形状が変化しない物質例えばＳＵＳなどの材料等から構成される支持棒が挿入されており、上部第１電極部および下部第１電極部にもそれぞれ挿通されている。ここで、支持棒の少なくとも一端にはバネ等の弾性体が設けてあり、他端は固定されており、酸化物超電導体本体の軸心上に適切な初期圧縮力を加えてある。また、超電導マグネットと、下部第１電極部との間を接続する柔軟性のある銅の網線などのリード線が設けられている。
【００８６】
以下、このように構成された超電導マグネット装置１８の動作について説明していく。
クライオスタット外の外部電源から供給される電流は、一部分が液体窒素槽２３中に浸漬されている銅製リード２２に通電する。この液体窒素槽２３で外部から侵入する熱を吸収している。その後電流は、超電導状態である酸化物超電導電流リード９を流れる。ここで酸化物超電導電流リード９は、さらに熱の侵入をおさえ、液体ヘリウム２１中に浸漬されている超電導マグネット２０に電流を通電する。そして、超電導マグネット２０は磁界を発生することにより、ＭＲＩや磁気浮上超電導機器などの磁気供給源として利用される。
【００８７】
上述のように構成された超電導マグネット装置１８では、酸化物超電導体の場合は、熱伝導率が銅より１桁以上も小さいばかりでなく、超電導状態を有する臨界温度以下に冷却すれば、通電電流の２乗に比例して発生するジュール熱も発生しないため、酸化物超電導電流リード９が無い構成と比べて、液体ヘリウムに侵入してくる熱を大幅に低減させることができる。
【００８８】
また、常温で酸化物超電導電流リード９を組み立てているため、酸化物超電導電流リード９を構成している各構成要素は、低温下で酸化物超電導体本体および保護筒および上部第１電極部および下部第１電極部が、熱収縮によって変位を生ずる。そして、酸化物超電導体本体や酸化物超電導体本体と上部第１電極部の接続部分、また酸化物超電導体本体と下部第１電極部との接続部分に歪による無理な力が加わるが、その歪を弾性体が吸収することで破損がなくなる。
【００８９】
さらに、超電導装置に運搬や組み立て時に外部からの無理な力が加わったり、振動があっても弾性体が酸化物超電導体本体の軸心の平行方向および垂直方向からの力を支持し、酸化物超電導本体に無理な力が作用することを防止する。それによって、酸化物超電導体本体の割れや折れなどを防止している。
【００９０】
また、適切な初期圧縮力を加えているため酸化物超電導体本体と第１電極部との接続部分での電気的および熱的な接触抵抗を低減でき、酸化物超電導体本体外部からの熱侵入量を低減し、酸化物超電導体本体に流す電流を増加できるなど性能向上が図れる。
【００９１】
万一、酸化物超電導本体がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも瞬間的に電気が支持棒に流れることで超電導マグネットを保護し、またアーク放電事故を防止することが可能となる。しかも、保護筒により酸化物超電導本体が破損によって飛散し、それによる二次災害を防止することができる。
さらに保護筒は、外部から酸化物超電導体本体への輻射熱の侵入を防止することになり、安定して優れた酸化物超電導電流リードとして機能している。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、熱収縮等に起因する酸化物超電導体本体の割れや折れなどを防止できる。
また、万一酸化物超電導本体がクエンチ現象を起こしたり、破損したときでも超電導マグネットの保護やアーク放電事故を無くし、しかも、酸化物超電導体本体の飛散による二次災害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図２】 本発明の第２実施例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図３】 本発明の第１参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図４】 第１参考例に用いられる第２電極部の外観図。
【図５】 第２参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図６】 第３参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図７】 第４参考例に係る酸化物超電導電流リードの断面図。
【図８】 本発明の超電導マグネット装置の断面図。
【図９】 従来の超電導マグネット装置の断面図。
【図１０】 従来の酸化物超電導電流リードの断面図。
【符号の説明】
１ 酸化物高温超電導本体
２ａ 上部第１電極部
２ｂ 下部第１電極部
３ 保護筒
４ ガイド穴
５ 支持棒
６ 弾性体
７ 超電導マグネット
８ リード線
９ 酸化物超電導電流リード
１０ 第１電極部
１１ 第２電極部
１２ 第１バネ部
１３ 第２バネ部
１４ 第１スリット
１５ 第２スリット
１６ 電極部
１７ 保護筒体
１８ 超電導マグネット装置
１９ クライオスタット
２０ 超電導マグネット
２１ 液体ヘリウム（第１冷却材）
２２ 銅製リード
２３ 液体窒素槽（第２冷却材）
２４ 冷媒の通路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an oxide superconducting current lead and a superconducting magnet device used in a superconducting device.
[0002]
[Prior art]
In various current superconducting devices, a superconducting current lead is indispensable in order to have an electrical connection with an external device, and superconducting current leads having various structures have been proposed so far. In recent years, a superconducting current lead using an oxide superconductor with low thermal conductivity has been used as a means for reducing the amount of heat penetration into a refrigerant such as liquid helium or liquid hydrogen.
[0003]
Here, the conventional superconducting magnet apparatus will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. 9, and the conventional oxide superconducting lead will be described with reference to the cross-sectional views (a) and (b) of FIG.
[0004]
A conventional superconducting magnet device 101 is composed of a cryostat 102 around it, and a superconducting magnet 103 is accommodated in the cryostat 102. The superconducting magnet 103 is immersed and cooled in liquid helium 104. Further, there are a copper lead 105 connected to the external power supply side outside the cryostat 102 and a liquid nitrogen tank 106 for inserting and cooling the copper lead 105. A tubular oxide superconducting current lead 107 is connected between the superconducting magnet 103 and the copper lead 105 immersed in the liquid nitrogen bath 106. In addition, a refrigerant passage 109 such as liquid nitrogen is provided, and a refrigerant inlet, a refrigerant recovery port, and the like are provided in the refrigerant passage 109.
[0005]
Further, as shown in FIG. 10A, the oxide superconducting current lead 107 has a configuration in which copper terminals 107b are directly connected to both ends of a tubular oxide superconductor 107a.
[0006]
In addition, as shown in FIG. 10B, a metal such as stainless steel or FRP (Fiber) with high mechanical strength and low thermal conductivity in a non-contact manner around the tubular oxide superconductor 107a. In some cases, a protective member 109 such as Reinforced Plastics is installed to be supported by the terminal 107b to protect the tubular oxide superconductor 107a.
[0007]
Hereinafter, the operation of the superconducting magnet device 101 configured as described above will be described.
A current supplied from an external power source outside the cryostat energizes the copper lead 105 partially immersed in the liquid nitrogen bath 106. The liquid nitrogen tank 106 absorbs heat entering from the outside. The current then flows through the oxide superconducting current lead 107 which is in the superconducting state. Here, the oxide superconducting current lead 107 further suppresses the penetration of heat, and supplies a current to the superconducting magnet 103 immersed in the liquid helium 104. The superconducting magnet 103 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source for an MRI (Magnetic Resonance Imaging apparatus) or a magnetic levitation superconducting device.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The oxide superconducting current lead and the superconducting magnet device configured as described above can significantly reduce the heat entering the liquid helium as compared with the configuration without the oxide superconducting current lead. In the case of an oxide superconductor, the thermal conductivity is not less than an order of magnitude smaller than that of copper, but if it is cooled below a critical temperature having a superconducting state, Joule heat is generated in proportion to the square of the energization current. This is because neither occurs.
[0009]
However, unlike various metals, oxide superconductors generally do not undergo plastic deformation and are structurally weak against bending forces, impacts, and vibrations, which may cause damage such as cracks. Breakage such as cracks becomes a fatal defect for the oxide superconducting current lead, leading to damage to the superconducting magnet and possibly causing a secondary disaster due to scattering of the oxide superconductor.
[0010]
In addition, the strength reinforcement of the oxide superconductor by the protective member causes a large distortion in the oxide superconductor due to the difference in physical heat shrinkability between the protective member and the oxide superconductor when cooling to the superconducting state. There is a problem that breakage is likely to occur.
Therefore, in view of the above problems, the present invention can cope with thermal shrinkage, assembly, and error adjustment at the time of construction without applying excessive force to the connection part and body of the oxide superconductor, and against shocks such as vibration. Highly reliable oxidation that protects the superconducting magnet even if it is damaged, and can prevent secondary disasters caused by the scattering of the oxide superconductor caused by the fracture of the oxide superconductor due to strain An object of the present invention is to provide a superconducting current lead and a superconducting magnet device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the oxide superconducting current lead of the present invention comprises an oxide superconductor main body and members having thermal conductivity and electrical conductivity connected to both ends of the oxide superconductor main body. An electrode portion, a lead portion connected to the electrode portion for guiding current, a protective cylinder that is provided so as to surround the oxide superconductor main body and is supported by the electrode portion, and an inner wall of the protective cylinder From one end to the other end and supported by the electrode part With Has electrical conductivity Electrically connected to the electrodes at both ends A support bar is provided, and the support bar and an elastic body that elastically supports between at least one of the electrode portions.
[0012]
That is, according to the present invention, the electrode portion and the protective cylinder are connected by an elastic body, and the heat shrinkability difference is low at low temperatures with respect to the electrode superconductor body and the oxide superconductor body connected to the oxide superconductor main body. An elastic body that absorbs strain caused by In addition, even when the oxide superconductor is no longer in the superconducting state, a current can flow between both electrodes. The point is that.
[0015]
In the superconducting magnet device of the present invention, the superconducting magnet immersed in the first coolant in the cryostat, the lead part immersed in the second coolant in the cryostat, and the oxide superconductivity in the cryostat. A body main body, an electrode portion connected to both ends of the oxide superconductor main body and connected to the lead portion and the superconducting magnet, and a member having thermal conductivity and electrical conductivity; and the oxide superconductor main body A protective cylinder that is provided so as to surround the electrode and is supported by the electrode part, and penetrates from one end to the other end of the peripheral surface part of the protective cylinder, and is supported by the electrode part With Has electrical conductivity Electrically connected to the electrodes at both ends It is comprised from a support bar and the elastic body which elastically supports the said support bar and the said electrode part.
[0017]
[Action]
According to the oxide superconducting current lead according to the present invention, the displacement due to the thermal contraction of the oxide superconductor is caused by the expansion and contraction of the elastic body provided on the support rod to which the electrode portion and the protective cylinder are connected. And no excessive force is applied to the connection.
[0018]
Further, since an appropriate initial compressive force is applied by the elastic body, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor main body and the electrode portion can be reduced.
In the unlikely event that the oxide superconducting body undergoes a quench phenomenon or breaks, the support rod instantaneously conducts electricity to reduce superconducting magnet protection and arc discharge accidents. Secondary disasters caused by scattering of the main body can be prevented.
[0019]
In addition, this protective cylinder prevents intrusion of radiant heat from the outside into the oxide superconducting body, and functions as a stable and excellent oxide superconducting current lead.
Furthermore, according to the superconducting magnet device according to the present invention, heat entering the liquid helium can be greatly reduced as compared with the configuration without the oxide superconducting current lead. For example, in the case of an oxide superconductor, Joule heat is generated in proportion to the square of the energization current if the thermal conductivity is not less than an order of magnitude lower than that of copper but is cooled below a critical temperature having a superconducting state. Therefore, expensive liquid helium can be reduced compared to the conventional usage.
[0020]
【Example】
The present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to a first embodiment of the present invention.
[0021]
For example, an upper first electrode portion 2a and a lower first electrode portion 2b, such as copper having thermal conductivity and electrical conductivity, are connected to the tubular oxide superconductor body 1 by solder or silver paste. Here, the oxide superconductor body 1 may have a linear shape or a plate shape. The upper first electrode portion 2a is connected to an external power source outside the cryostat. Moreover, a hollow protective cylinder 3 having a thermal contraction rate equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and having a cylindrical shape such as a ceramic material or FRP that is difficult to transfer heat or a polygonal shape such as a square cross section is used for the oxide superconductor main body 1. They are spaced apart so as to surround them. A cylindrical or polygonal guide hole 4 penetrating from one end to the other end is provided in the wall of the protective cylinder 3. The guide hole 4 is inserted with a support rod 5 made of a material having electrical conductivity and a shape that does not change even with a temperature change, such as a material such as SUS, and the like. The upper first electrode portion 2a and the lower first electrode The electrodes 2b are also inserted therethrough. Here, as shown in FIG. 1, an elastic body 6 such as a spring is provided at one end of the support bar 5, and the other end is fixed, and an appropriate initial compressive force is applied on the axis of the oxide superconductor body 1. Has been added.
[0022]
Further, a lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire is provided for connecting the superconducting magnet 7 and the lower first electrode portion 2b.
The operation of the first embodiment configured as described above is as follows.
[0023]
In the normal case where the oxide superconductor main body 1 maintains the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the upper first electrode portion 2a cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and then the protective cylinder 3 Also flows through the oxide superconductor body 1 connected to the upper first electrode portion 2a but in a superconducting state, and further energized in the order of the lower first electrode portion 2b and the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0024]
However, when the oxide superconductor main body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the upper first electrode portion 2a cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the support rod 5 in contact with the upper first electrode portion 2a, and further passes through the lower first electrode. The electrode portion 2b and the lead wire 8 are energized in this order. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0025]
That is, the support bar 5 in this embodiment prevents the oxide superconductor body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged by an excess current that exceeds a critical current value that flows when quenching is caused by some factor such as heat. It plays the role of Further, since the upper first electrode portion 2a is immersed in liquid nitrogen and the lower first electrode portion 2b is immersed in liquid helium, the oxide superconductor body 1, the support rod 5, the protective cylinder 3, the upper first electrode portion 2a, Thermal contraction occurs in each of the lower first electrode portions 2b. In order to prevent the oxide superconductor main body 1 from being damaged by the strain caused by the thermal contraction, the elastic body 6 such as a spring expands and contracts to absorb the change due to the thermal contraction. According to this embodiment, since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor main body 1 and the oxide superconductor main body 1 at a low temperature. The protective cylinder 3, the upper first electrode part 2a, and the lower first electrode part 2b are displaced by thermal contraction. Then, excessive force due to strain is applied to the oxide superconductor body 1, the connection portion between the oxide superconductor body 1 and the upper first electrode portion 2a, or the connection portion between the oxide superconductor body 1 and the lower first electrode portion 2b. However, the elastic body 6 absorbs the distortion, and the damage is eliminated.
[0026]
Furthermore, even if an excessive force is applied to the superconducting device from the outside during transportation or assembly, or the vibration occurs, the elastic body 6 supports the force from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body 1. An excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0027]
Moreover, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the first electrode portion 2a can be reduced, and the oxide superconductor body 1 can be externally connected. The amount of heat penetration can be reduced, and the current flowing through the oxide superconductor body 1 can be increased.
[0028]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quenching phenomenon or is damaged, the superconducting magnet 7 can be protected by instantaneously flowing electricity to the support bar 5 and an arc discharge accident can be prevented. . Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered due to breakage by the protective cylinder 3, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0029]
Further, the protective cylinder 3 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor body 1 from the outside, and functions as a stable and excellent oxide superconducting current lead 9.
(Example 2)
FIG. 2 shows a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to the second embodiment of the present invention.
[0030]
For example, an upper first electrode portion 2a and a lower first electrode portion 2b, such as copper having thermal conductivity and electrical conductivity, are connected to the tubular oxide superconductor body 1 by solder or silver paste. Here, the oxide superconductor body 1 may have a linear shape or a plate shape. The upper first electrode portion 2a is connected to an external power source outside the cryostat. Moreover, a hollow protective cylinder 3 having a thermal contraction rate equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and having a cylindrical shape such as a ceramic material or FRP that is difficult to transfer heat or a polygonal shape such as a square cross section is used for the oxide superconductor main body 1. They are spaced apart so as to surround them. The wall of the protective cylinder 3 is provided with a cylindrical or polygonal guide hole 4 penetrating from one end to the other end. The guide hole 4 is inserted with a support rod 5 made of a material having electrical conductivity and a shape that does not change even with a temperature change, such as a material such as SUS, and the like. The upper first electrode portion 2a and the lower first electrode The electrodes 2b are also inserted therethrough. Here, as shown in FIG. 2, elastic bodies 6 such as springs are provided at both ends of the support bar 5, and an appropriate initial compressive force is applied on the axis of the oxide superconductor body 1.
[0031]
Further, a lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire is provided for connecting the superconducting magnet 7 and the lower first electrode portion 2b.
The operation of the first embodiment configured as described above is as follows.
[0032]
In the normal case where the oxide superconductor main body 1 maintains the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the upper first electrode portion 2a cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and then the protective cylinder 3 Also flows through the oxide superconductor body 1 connected to the upper first electrode portion 2a but in a superconducting state, and further energized in the order of the lower first electrode portion 2b and the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0033]
However, when the oxide superconductor main body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the upper first electrode portion 2a cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the support rod 5 in contact with the upper first electrode portion 2a, and further passes through the lower first electrode. The electrode portion 2b and the lead wire 8 are energized in this order. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0034]
That is, the support bar 5 in this embodiment prevents the oxide superconductor body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged by an excess current that exceeds a critical current value that flows when quenching is caused by some factor such as heat. It plays the role of Further, since the upper first electrode portion 2a is immersed in liquid nitrogen and the lower first electrode portion 2b is immersed in liquid helium, the oxide superconductor body 1, the support rod 5, the protective cylinder 3, the upper first electrode portion 2a, Thermal contraction occurs in each of the lower first electrode portions 2b. In order to prevent the oxide superconductor main body 1 from being damaged by the strain caused by the thermal contraction, the elastic body 6 such as a spring expands and contracts to absorb the change due to the thermal contraction. According to this embodiment, since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor main body 1 and the oxide superconductor main body 1 at a low temperature. The protective cylinder 3, the upper first electrode part 2a, and the lower first electrode part 2b are displaced by thermal contraction. Then, excessive force due to strain is applied to the oxide superconductor body 1, the connection portion between the oxide superconductor body 1 and the upper first electrode portion 2a, or the connection portion between the oxide superconductor body 1 and the lower first electrode portion 2b. However, the elastic body 6 absorbs the distortion, and the damage is eliminated.
[0035]
Furthermore, even if an excessive force is applied to the superconducting device from the outside during transportation or assembly, or the vibration occurs, the elastic body 6 supports the force from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body 1. An excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0036]
Moreover, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the first electrode portion 2a can be reduced, and the oxide superconductor body 1 can be externally connected. The amount of heat penetration can be reduced, and the current flowing through the oxide superconductor body 1 can be increased.
[0037]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quenching phenomenon or is damaged, the superconducting magnet 7 can be protected by instantaneously flowing electricity to the support bar 5 and an arc discharge accident can be prevented. . Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered due to breakage by the protective cylinder 3, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0038]
Further, the protective cylinder 3 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor main body 1 from the outside, and functions as a stable and excellent oxide superconducting current lead 9.
[0039]
In addition, the two elastic bodies 6 absorb the strain caused by the thermal contraction of the oxide superconductor main body 1 and the protective cylinder 3 and the upper first electrode portion 2a and the lower first electrode portion 2b at a lower temperature than in the first embodiment. This prevents damage more.
( Reference example 1 )
FIG. First reference example 2 is a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to FIG.
[0040]
As shown in FIG. 3, for example, the tubular oxide superconductor main body 1 is electrically conductive and the first electrode portion 10 and the second electrode portion 11 such as copper having electrical conductivity use solder or silver paste. Connected. Here, the oxide superconductor body 1 may be linear or plate-shaped.
[0041]
As shown in the external view of FIG. 4, the second electrode portion 11 has a connecting portion with the oxide superconductor body 1 in the axial direction of the oxide superconductor body 1 in order to prevent bending of the oxide superconductor body 1. And the displacement in the direction opposite to the axial direction is supported freely.
[0042]
Although not shown, the first electrode unit 10 is connected to an external power source. Further, a hollow protective cylinder 3 having a cylindrical shape such as a ceramic material, stainless steel, FRP or the like having a heat shrinkage equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and hardly transmitting heat, or a polygonal shape such as a square cross section, is formed of the oxide superconductor main body. 1 so as to surround 1. The protective cylinder 3 disposed in a non-contact manner around the oxide superconductor main body 1 is fastened to the first electrode portion 10 and the second electrode portion 11 at its ends. In addition, a lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire for connecting the superconducting magnet 7 and the second electrode portion 11 is provided.
[0043]
In addition, as shown in FIG. 4, the second electrode portion 11 includes a cylindrical first spring portion 12 and a bellows-like second spring portion 13. The second electrode portion 11 is adjusted to an appropriate spring strength with respect to the oxide superconductor body 1. A first spring portion 12 is connected to the connection side with the oxide superconductor main body 1, and a second spring portion 13 is connected to the flexible lead wire 8 side. Here, the first spring portion 12 has a plurality of first slits 14 formed in parallel with the axis of the oxide superconductor body 1. The second spring portion 13 has a plurality of second slits 15 formed radially in a direction perpendicular to the axis of the oxide superconductor body 1. The first slit 14 and the second slit 15 are configured to be able to expand and contract with respect to the displacement of the strain due to thermal contraction in the direction parallel to and perpendicular to the axis of the oxide superconductor body 1 and absorb the strain. ing.
[0044]
Configured like this First reference example The operation of is as follows. In the normal case where the oxide superconductor body 1 is kept in the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the first electrode portion 10 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and the protective cylinder 3 is also supplied. The current flows through the oxide superconductor main body 1 connected to the first electrode unit 10 but in a superconducting state, and further energized in the order of the second electrode unit 11 and the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0045]
However, when the oxide superconductor body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the first electrode part 10 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the protective cylinder 3 in contact with the first electrode part 10, and further passes through the second electrode part 11. And it supplies with electricity in the order of the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0046]
Ie book reference The protective cylinder 3 in the example serves to prevent the oxide superconductor main body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged due to an excess current exceeding the critical current value when quenching is caused by some factor such as heat. Yes.
[0047]
In addition, since the first electrode unit 10 is immersed in liquid nitrogen and the second electrode unit 11 is immersed in liquid helium, the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 3, the first electrode unit 10, and the second electrode unit 11 Each heat shrinks. In order to prevent the oxide superconductor body 1 from being damaged by the strain caused by the heat shrinkage, the first slit 14 and the second slit 15 provided in the second electrode portion 11 are expanded and contracted to absorb the change due to the heat shrinkage. is doing.
[0048]
Book like this reference According to the example, since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor body 1 and the protective cylinder 3 and the The 1 electrode part 10 and the 2nd electrode part 11 produce a displacement by heat contraction. Then, an unreasonable force due to strain is applied to the oxide superconductor main body 1, the connection portion between the oxide superconductor main body 1 and the first electrode portion 10, and the connection portion between the oxide superconductor main body 1 and the second electrode portion 11. However, the first slit 14 and the second slit 15 provided in the second electrode portion 11 absorb the distortion, thereby eliminating the damage. Furthermore, the first spring portion 12 and the second spring portion 13 are parallel to and perpendicular to the axis of the oxide superconductor main body 1 even if an excessive force is applied to the superconducting device during transportation or assembly, or even when there is vibration. The force from the direction is supported, and an excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0049]
Further, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the second electrode portion 11 can be reduced, and the oxide superconductor body 1 can be externally connected. The amount of heat penetration can be reduced, and the current flowing through the oxide superconductor body 1 can be increased.
[0050]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quenching phenomenon or is damaged, it is possible to protect the superconducting magnet 7 by instantaneously flowing electricity to the protective cylinder 3 and to prevent an arc discharge accident. . Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered due to breakage by the protective cylinder 3, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0051]
Further, the protective cylinder 3 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor body 1 from the outside, and functions as a stable and excellent oxide superconducting current lead 9.
( Reference example 2 )
FIG. 5 illustrates the present invention. Second reference example 2 is a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to FIG.
[0052]
As shown in FIG. 5, for example, the tubular oxide superconductor main body 1 is made of copper or the like, and the first electrode portion 10 and the second electrode portion 11 such as copper having electrical conductivity and electrical conductivity are electrically made of solder or silver paste. Connected. Further, as shown in FIG. 5, the second electrode portion 11 is connected to both ends of the oxide superconductor main body 1. Here, the oxide superconductor body 1 may be linear or plate-shaped.
[0053]
Although not shown, the first electrode unit 10 is connected to an external power source. Further, a hollow protective cylinder 3 having a cylindrical shape such as a ceramic material, stainless steel, FRP or the like having a heat shrinkage equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and hardly transmitting heat, or a polygonal shape such as a square cross section, is formed of the oxide superconductor main body. 1 so as to surround 1. The protective cylinder 3 disposed in a non-contact manner around the oxide superconductor main body 1 is fastened to the first electrode portion 10 and the second electrode portion 11 at its ends. In addition, a lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire for connecting the superconducting magnet 7 and the second electrode portion 11 is provided.
[0054]
The second electrode portion 11 is adjusted to an appropriate spring strength with respect to the oxide superconductor body 1. The second electrode portion 11 is configured to be able to expand and contract with respect to the displacement of the strain due to thermal contraction in the direction parallel to and perpendicular to the axis of the oxide superconductor body 1 and absorbs the strain.
[0055]
Configured like this Second reference example The operation of is as follows. In the normal case where the oxide superconductor body 1 is kept in the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the first electrode portion 10 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and the protective cylinder 3 is also supplied. The current flows through the oxide superconductor main body 1 connected to the first electrode unit 10 but in a superconducting state, and further energized in the order of the second electrode unit 11 and the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0056]
However, when the oxide superconductor body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the first electrode part 10 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the protective cylinder 3 in contact with the first electrode part 10, and further passes through the second electrode part 11. And it supplies with electricity in the order of the lead wire 8. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0057]
Ie Reference example The protective cylinder 3 serves to prevent the oxide superconductor main body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged by an excess current exceeding the critical current value when quenching is caused by some factor such as heat. .
[0058]
In addition, since the first electrode unit 10 is immersed in liquid nitrogen and the second electrode unit 11 is immersed in liquid helium, the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 3, the first electrode unit 10, and the second electrode unit 11 Each heat shrinks. In order to prevent the oxide superconductor main body 1 from being damaged by the strain caused by the thermal contraction, the second electrode portion 11 is expanded and contracted to absorb the change due to the thermal contraction.
[0059]
like this Reference example Since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor body 1, the protective cylinder 3, and the first at low temperatures. The electrode part 10 and the second electrode part 11 are displaced by heat shrinkage. Then, an unreasonable force due to strain is applied to the oxide superconductor main body 1, the connection portion between the oxide superconductor main body 1 and the first electrode portion 10, and the connection portion between the oxide superconductor main body 1 and the second electrode portion 11. However, the second electrode portion 11 absorbs the distortion, and the damage is eliminated. Furthermore, even if an excessive force is applied to the superconducting device during transportation or assembly, or even when vibrations occur, the second electrode portion 11 supports forces from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body 1. Thus, an excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0060]
Further, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the second electrode portion 11 can be reduced, and the oxide superconductor body 1 can be externally connected. The amount of heat penetration can be reduced, and the current flowing through the oxide superconductor body 1 can be increased.
[0061]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quenching phenomenon or is damaged, it is possible to protect the superconducting magnet 7 by instantaneously flowing electricity to the protective cylinder 3 and to prevent an arc discharge accident. . Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered due to breakage by the protective cylinder 3, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0062]
Further, the protective cylinder 3 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor body 1 from the outside, and functions as a stable and excellent oxide superconducting current lead 9. Also, Reference example 1 Damage is further prevented by absorbing more strain generated by thermal contraction of the oxide superconductor body 1, the protective cylinder 3, the first electrode part 10, and the second electrode part 11 at a lower temperature.
( Reference example 3 )
FIG. 6 illustrates the present invention. Third reference example FIG. 2 shows a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to FIG.
[0063]
For example, one end portion of the tubular oxide superconductor main body 1 is connected to an electrode portion 16 such as copper having thermal conductivity and electrical conductivity by solder or silver paste. Here, the oxide superconductor body 1 may have a linear shape or a plate shape. The electrode portion 16 is connected to an external power source outside the cryostat. Further, a hollow protective cylinder 17 having a thermal contraction rate equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and hardly transmitting heat, such as a cylindrical shape such as FRP or a polygonal shape such as a square or a cross section, is the oxide superconductor main body 1. Are arranged so as to surround each other. Further, the protective cylinder 17 is provided with a protruding portion. As shown in FIG. 6, an elastic body 6 such as a spring is provided between the protruding portion and the electrode portion 16, and an appropriate initial compressive force is applied on the axis of the oxide superconductor body 1. is there. A lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire for connecting the superconducting magnet 7 and the electrode portion 16 is provided.
[0064]
Configured like this Third reference example The operation of is as follows. In the normal case where the oxide superconductor body 1 is kept in the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the electrode portion 16 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and the protective cylinder 17 is also an electrode. The current flows through the oxide superconductor main body 1 connected to the portion 16 but in a superconducting state, and further the electrode portion 16 and the lead wire 8 are energized in this order. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0065]
However, when the oxide superconductor main body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the electrode part 11 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the protective cylinder 17 in contact with the electrode part 16, and further passes through the electrode part 16 and the lead wire 8. Energize sequentially. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0066]
That is, Reference example The protective cylinder 17 serves to prevent the oxide superconductor main body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged by an excess current exceeding the critical current value that flows when quenching is caused by some factor such as heat. Yes.
[0067]
Moreover, since the electrode part 16 is immersed in liquid nitrogen and liquid helium, the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 17, and the electrode part 16 undergo thermal contraction, respectively. In order to prevent the oxide superconductor main body 1 from being damaged by the strain caused by the thermal contraction, the elastic body 6 such as a spring provided on the protruding portion of the protective cylinder 16 is expanded and contracted to absorb the change due to the thermal contraction. ing.
[0068]
like this Reference example Since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 17 and the electrode at a low temperature. The part 16 is displaced by heat shrinkage. An excessive force due to strain is applied to the connecting portion between the oxide superconductor main body 1 or the connecting portion between the oxide superconductor main body 1 and the electrode portion 16, but the elastic body 6 absorbs the strain to prevent damage. .
[0069]
Furthermore, even if an excessive force is applied to the superconducting device from the outside during transportation or assembly, or the vibration occurs, the elastic body 6 supports the force from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body 1. An excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0070]
Further, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the electrode portion 16 can be reduced, and heat from the outside of the oxide superconductor body 1 can be reduced. It is possible to improve the performance by reducing the amount of penetration and increasing the current flowing through the oxide superconductor body 1.
[0071]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quench phenomenon or is damaged, electricity can flow instantaneously to the protective cylinder 17 to protect the superconducting magnet 7 and prevent an arc discharge accident. Become. Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered by the protection cylinder 17 due to breakage, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0072]
Further, the protective cylinder 17 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor body 1 from the outside, and functions as the oxide superconducting current lead 9 which is stable and excellent.
( Reference example 4 )
FIG. 7 illustrates the present invention. Fourth reference example FIG. 2 shows a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to FIG.
[0073]
For example, electrode portions 16 such as copper having thermal conductivity and electrical conductivity are connected to both ends of the tubular oxide superconductor main body 1 by solder or silver paste. Here, the oxide superconductor body 1 may have a linear shape or a plate shape. The electrode portion 16 is connected to an external power source outside the cryostat. Further, a hollow protective cylinder 17 having a thermal contraction rate equivalent to that of the oxide superconductor main body 1 and hardly transmitting heat, such as a cylindrical shape such as FRP or a polygonal shape such as a square or a cross section, is the oxide superconductor main body 1. Are arranged so as to surround each other. Further, the protective cylinder 17 is provided with a protruding portion. As shown in FIG. 7, an elastic body 6 such as a spring is provided between the protruding portion and the electrode portion 16, and an appropriate initial compressive force is applied on the axis of the oxide superconductor body 1. is there. A lead wire 8 such as a flexible copper mesh wire for connecting the superconducting magnet 7 and the electrode portion 16 is provided.
[0074]
Configured like this Fourth reference example The operation of is as follows. In the normal case where the oxide superconductor body 1 is kept in the superconducting state, the current supplied from the external power source first passes through the electrode portion 16 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, and the protective cylinder 17 is also an electrode. The current flows through the oxide superconductor main body 1 connected to the portion 16 but in a superconducting state, and further the electrode portion 16 and the lead wire 8 are energized in this order. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source such as MRI or a magnetically levitated superconducting device.
[0075]
However, when the oxide superconductor main body 1 is quenched due to some factor such as heat (when transitioned to the normal conducting state), the following operation is performed.
The flow path of the current supplied from the external power source passes through the electrode part 11 cooled to the liquid nitrogen temperature or lower, flows to the protective cylinder 17 in contact with the electrode part 16, and further passes through the electrode part 16 and the lead wire 8. Energize sequentially. And it is guide | induced to the superconducting magnet 7 arrange | positioned under the flexible lead wire 8, and a magnetic field is generate | occur | produced. The superconducting magnet 7 generates a magnetic field and is used for MRI, magnetic levitation superconducting equipment, and the like.
[0076]
That is, Reference example The protective cylinder 17 serves to prevent the oxide superconductor main body 1 and the superconducting magnet 7 from being damaged by an excess current exceeding the critical current value that flows when quenching is caused by some factor such as heat. Yes.
[0077]
Moreover, since the electrode part 16 is immersed in liquid nitrogen and liquid helium, the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 17, and the electrode part 16 undergo thermal contraction, respectively. In order to prevent the oxide superconductor main body 1 from being damaged by the strain caused by the thermal contraction, the elastic body 6 such as a spring provided on the protruding portion of the protective cylinder 16 is expanded and contracted to absorb the change due to the thermal contraction. ing.
[0078]
like this Reference example Since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder 17 and the electrode at a low temperature. The part 16 is displaced by heat shrinkage. An excessive force due to strain is applied to the connecting portion between the oxide superconductor main body 1 or the connecting portion between the oxide superconductor main body 1 and the electrode portion 16, but the elastic body 6 absorbs the strain to prevent damage. .
[0079]
Furthermore, even if an excessive force is applied to the superconducting device from the outside during transportation or assembly, or the vibration occurs, the elastic body 6 supports the force from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body 1. An excessive force is prevented from acting on the oxide superconducting body 1. Thereby, the oxide superconductor body 1 is prevented from being broken or broken.
[0080]
Further, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body 1 and the electrode portion 16 can be reduced, and heat from the outside of the oxide superconductor body 1 can be reduced. It is possible to improve the performance by reducing the amount of penetration and increasing the current flowing through the oxide superconductor body 1.
[0081]
In the unlikely event that the oxide superconducting body 1 undergoes a quench phenomenon or is damaged, electricity can flow instantaneously to the protective cylinder 17 to protect the superconducting magnet 7 and prevent an arc discharge accident. Become. Moreover, the oxide superconducting body 1 is scattered by the protection cylinder 17 due to breakage, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
[0082]
Further, the protective cylinder 17 prevents the radiant heat from entering the oxide superconductor body 1 from the outside, and functions as the oxide superconducting current lead 9 which is stable and excellent.
[0083]
Also, Reference example 4 In addition, the elastic body 6 absorbs an excessive force due to distortion caused by thermal contraction of the oxide superconductor main body 1, the protective cylinder body 17, and the electrode portion 16 at a lower temperature, thereby further preventing damage.
(Example 3 )
The configuration of the superconducting magnet apparatus of the present invention will be described below with reference to the cross-sectional view of FIG.
[0084]
First, the superconducting magnet device 18 is composed of a cryostat 19 around which a superconducting magnet 20 is housed and mounted. The superconducting magnet 20 is immersed and cooled in liquid helium 21 (first coolant). Further, there are a copper lead 22 connected to the external power supply side outside the cryostat 19 and a liquid nitrogen tank 23 (second coolant) for inserting and cooling the copper lead 22. A tubular oxide superconducting current lead 9 is connected between the superconducting magnet 20 and a copper lead 22 immersed in the liquid nitrogen bath 23. In addition, there is a refrigerant passage 24 such as liquid nitrogen, and a refrigerant inlet and a refrigerant recovery port are provided in the refrigerant passage 24. Here, the oxide superconducting current lead 9 may have a plate shape or a linear shape.
[0085]
The oxide superconducting current lead 9 will be described. For example, a tubular oxide superconductor main body is connected with an upper first electrode portion and a lower first electrode portion such as copper having thermal conductivity and electrical conductivity by solder or silver paste. Here, the oxide superconductor body may have a linear shape or a plate shape. The upper first electrode portion is connected to an external power source outside the cryostat. In addition, a hollow protective cylinder such as a ceramic material that hardly conducts heat and a cylindrical shape such as FRP, or a polygonal shape such as a square cross-section, has a thermal contraction rate equivalent to that of the oxide superconductor main body. Arranged in contact. A cylindrical or polygonal guide hole penetrating the wall from one end to the other end is provided in the peripheral surface portion of the protective cylinder. A support rod made of a material that has electrical conductivity and does not change its shape due to temperature changes, such as a material such as SUS, is inserted into the guide hole, and the upper first electrode portion and the lower first electrode portion are also inserted. Each is inserted. Here, at least one end of the support rod is provided with an elastic body such as a spring, the other end is fixed, and an appropriate initial compressive force is applied on the axis of the oxide superconductor body. In addition, lead wires such as a flexible copper mesh wire for connecting the superconducting magnet and the lower first electrode portion are provided.
[0086]
Hereinafter, the operation of the superconducting magnet device 18 configured as described above will be described.
A current supplied from an external power supply outside the cryostat energizes the copper lead 22 partially immersed in the liquid nitrogen bath 23. The liquid nitrogen tank 23 absorbs heat entering from the outside. Thereafter, the current flows through the oxide superconducting current lead 9 which is in a superconducting state. Here, the oxide superconducting current lead 9 further suppresses the penetration of heat, and supplies a current to the superconducting magnet 20 immersed in the liquid helium 21. The superconducting magnet 20 generates a magnetic field and is used as a magnetic supply source for MRI, magnetically levitated superconducting equipment, and the like.
[0087]
In the superconducting magnet device 18 configured as described above, in the case of an oxide superconductor, not only the thermal conductivity is smaller than that of copper by one digit or more, but also if it is cooled below a critical temperature having a superconducting state, Since no Joule heat is generated in proportion to the square of, the heat entering the liquid helium can be greatly reduced as compared with the configuration without the oxide superconducting current lead 9.
[0088]
Further, since the oxide superconducting current lead 9 is assembled at room temperature, each component constituting the oxide superconducting current lead 9 is composed of the oxide superconductor main body, the protective cylinder, the upper first electrode portion, The lower first electrode part is displaced by thermal contraction. Then, an unreasonable force due to strain is applied to the oxide superconductor main body, the connection portion between the oxide superconductor main body and the upper first electrode portion, or the connection portion between the oxide superconductor main body and the lower first electrode portion. The elastic body absorbs the strain and the damage is eliminated.
[0089]
In addition, the elastic body supports forces from the parallel and vertical directions of the axis of the oxide superconductor body even when excessive force is applied to the superconducting device during transportation and assembly, and even when there is vibration, the oxide Prevents excessive force from acting on the superconducting body. As a result, the oxide superconductor main body is prevented from cracking or breaking.
[0090]
In addition, since an appropriate initial compressive force is applied, the electrical and thermal contact resistance at the connecting portion between the oxide superconductor body and the first electrode portion can be reduced, and heat intrusion from the outside of the oxide superconductor body can be achieved. The performance can be improved by reducing the amount and increasing the current flowing through the oxide superconductor body.
[0091]
In the unlikely event that the oxide superconducting main body undergoes a quench phenomenon or breaks, electricity can flow instantaneously to the support rod, thereby protecting the superconducting magnet and preventing an arc discharge accident. Moreover, the oxide superconducting main body is scattered due to breakage by the protective cylinder, and secondary disasters due to the scattering can be prevented.
Further, the protective cylinder prevents intrusion of radiant heat from the outside to the oxide superconductor main body, and functions stably as an excellent oxide superconducting current lead.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the oxide superconductor main body from being cracked or broken due to heat shrinkage or the like.
In addition, even if the oxide superconducting body is quenched or damaged, the superconducting magnet can be protected and an arc discharge accident can be eliminated, and a secondary disaster due to scattering of the oxide superconducting body can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an oxide superconducting current lead according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 of the present invention First reference example Sectional drawing of the oxide superconducting electric current lead which concerns on.
[Fig. 4] First reference example The external view of the 2nd electrode part used for this.
[Figure 5] Second reference example Sectional drawing of the oxide superconducting electric current lead which concerns on.
[Fig. 6] Third reference example Sectional drawing of the oxide superconducting electric current lead which concerns on.
[Fig. 7] Fourth reference example Sectional drawing of the oxide superconducting electric current lead which concerns on.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the superconducting magnet device of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional superconducting magnet device.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional oxide superconducting current lead.
[Explanation of symbols]
1 High-temperature oxide superconducting body
2a Upper first electrode part
2b Lower first electrode part
3 protection cylinder
4 Guide hole
5 Support rod
6 Elastic body
7 Superconducting magnet
8 Lead wire
9 Oxide superconducting current lead
10 First electrode section
11 Second electrode section
12 First spring part
13 Second spring part
14 1st slit
15 Second slit
16 Electrode section
17 Protective cylinder
18 Superconducting magnet device
19 Cryostat
20 Superconducting magnet
21 Liquid helium (first coolant)
22 Copper lead
23 Liquid nitrogen tank (second coolant)
24 Refrigerant passage

Claims (2)

酸化物超電導体本体と、前記酸化物超電導体本体の両端部に接続される熱伝導性および電気伝導性を持つ部材からなる電極部と、前記電極部に接続され電流を導くリード部と、前記酸化物超電導体本体を囲むように離間して設けられ前記電極部に支持される保護筒と、前記保護筒の壁内を一端から他端へ貫通し、前記電極部に支持されると共に電気伝導性を持ち前記両端部の電極部と電気的に接続する支持棒を具備し、前記支持棒と少なくとも一方の前記電極部間を弾性支持する弾性体とから構成されることを特徴とする酸化物超電導電流リード。An oxide superconductor main body, an electrode portion made of a member having thermal conductivity and electrical conductivity connected to both ends of the oxide superconductor main body, a lead portion connected to the electrode portion and guiding current, and A protective cylinder that is provided so as to surround the oxide superconductor main body and is supported by the electrode part, and passes through the wall of the protective cylinder from one end to the other end, and is supported by the electrode part and is electrically conductive. A support rod electrically connected to the electrode portions at both ends, and comprising an oxide that elastically supports between the support rod and at least one of the electrode portions Superconducting current lead. クライオスタット内で第１冷却材に浸漬されている超電導マグネットと、前記クライオスタット内で第２冷却材に浸漬されているリード部と、前記クライオスタット内の酸化物超電導体本体と、前記酸化物超電導体本体の両端部に接続され、前記リード部および前記超電導マグネットに接続される熱伝導性および電気伝導性を持つ部材からなる電極部と、前記酸化物超電導体本体を囲むように離間して設けられ前記電極部に支持される保護筒と、前記保護筒の周面部において一端から他端へ貫通し、前記電極部に支持されると共に電気伝導性を持ち前記両端部の電極部と電気的に接続する支持棒と、前記支持棒と前記電極部とを弾性支持する弾性体とから構成されることを特徴とする超電導マグネット装置。A superconducting magnet immersed in a first coolant in a cryostat, a lead portion immersed in a second coolant in the cryostat, an oxide superconductor body in the cryostat, and the oxide superconductor body Are connected to both ends of the electrode, and are provided so as to surround the oxide superconductor main body and an electrode portion made of a member having thermal conductivity and electrical conductivity connected to the lead portion and the superconducting magnet. A protective cylinder supported by the electrode section and a peripheral surface portion of the protective cylinder that penetrates from one end to the other end, is supported by the electrode section, has electrical conductivity, and is electrically connected to the electrode sections at both ends. A superconducting magnet device comprising: a support rod; and an elastic body that elastically supports the support rod and the electrode portion.
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