JPH02256206A - 超電導パワーリード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、タライオスタット中の超電導マグネットの
ような極低温部内に設置された電気機器に所定の電流を
供給するための超電導パワーリードに関するものである
。

［従来の技術］ 超電導マグネット等において室温部と極低温部との間に
使用される従来のパワーリードとしては、たとえば電気
学会大学購座超電導工学（改訂版）１７０頁電気学会出
版に説明されているようなガス冷却リード線がある。こ
のガス冷却リード線では、蒸発したヘリウムガスが室温
になるまでの間にかなりの熱を冷却できることを利用し
て、リード線を冷却し、リード線の熱損失の低減を図っ
ている。

この従来のパワーリードとしては、管状体内に・多数本
の銅などの良導体の細線を通したものや、あるいは良導
体のパイプから構成されているものがある。

第９図は、従来のパワーリードを示す縦断面図である。

第９図を参照して、パワーリード３１は、低抵抗体の金
属、たとえば銅などからなるパイプで構成されており、
パワーリード３１の一端は超電導マグネット３７に接続
されている。超電導マグネット３７は、液体ヘリウム３
つ中につけられ、極低温状態に保持されている。液体ヘ
リウム３つは、真空槽３３ｂ中に入れられ、この真空槽
３３ｂのまわりには液体窒素槽３４が設けられており、
そのまわりにはさらに真空槽３３ａが設けられており、
さらにそのまわりに極低温容器３５が設けられている。

極低温容器３５の上部には、蓋３８が設けられており、
パワーリード３１はこの蓋３８中を通り外部に突き出て
いる。パワーリード３１の上方には、輻射熱を遮断する
だめの輻射シールド板３６が複数設けられている。

従来のパワーリードは、このように常電導材料のみから
形成されているので、電流供給時においてジュール熱が
発生する。この発熱は冷媒としての液体ヘリウムの消費
量を増大させる。

このようなジュール熱の発生を少なくするため、特公昭
６３−５０８４４号公報には、パワーリードの一部にＮ
ｂ、Ｓｎの超電導材料を使用することが提案されている
。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、Ｎｂ、Ｓｎの臨界温度が低いため、パワ
ーリード全体を臨界温度以下にすることができず、液体
ヘリウムに近い一部分のみでしか使用することができな
かった。このため、超電導材料以外の常電導材料の部分
では、従来と同様にジュール熱が発生し、従来と同様の
問題を生じた。

この発明の目的は、ジュール熱による熱損失を少なくす
ることができ、しかも室温部からの熱伝達による熱の侵
入を抑制することのできるパワーリードを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ この発明の超電導パワーリードは、室温部と極低温部と
の間で電流を流すため使用され、常電導部分と超電導部
分とを備える超電導パワーリードであり、超電導部分が
高温超電導体からなることを特徴としている。

この発明において、超電導部分に用いられる高温超電導
体としては、酸化物系超電導体からなる高温超電導体が
ある。たとえばＹＢａ２　Ｃｕ、０７−Ｘなどのイツト
リウム−バリウム−銅系酸化物や、Ｂ　ｉｓ　ｒＣａＣ
ｕ２０ｘのようなビスマス−ストロンチウム−カルシウ
ム−銅系酸化物がある。

ＹＢ　ａ２　ＣＬ１２　ｏ、−ｘおよびＢ　ｉ　Ｓ　ｒ
ＣａＣｕ２０８のような液体窒素の温度で超電導特性を
示す高温超電導体を用いる場合には、高温超電導体の室
温部側の部分に、冷凍機の８０にステージを取付けて冷
却することが好ましい。また、これに代えて、高温超電
導体の室温部側の部分に、液体窒素により冷却するサー
マルアンカを取付けて、高温超電導体を冷却してもよい
。

また、酸化物系の高温超電導体は、テープ状の超電導体
を複数並べて使用してもよい。この際、熱伝導率の小さ
い材料からなる筒部材の周面に沿って複数配置させるこ
とが好ましい。熱伝導率の小さい材料を筒部材に用いて
いるのは、この筒部材を通しての熱の侵入を少なくする
ためである。

また、この発明において、常電導部分と超電導部分とは
、低抵抗体からなる編組線で電気的に接続することが好
ましい。このように編組線を用いることにより、超電導
部分の冷却による歪をこの編組線で吸収することができ
る。

また、この発明においては、超電導部分を絶縁体からな
る外側パイプと内側パイプの間に設け、外側パイプと内
側パイプの間に冷却ガスを通すことによって超電導部分
を冷却することが好ましい。

このように構成することにより、冷却ガスとの熱交換の
効率を高めることができる。

［作用］ この発明のパワーリードにおいては、超電導部分として
高温超電導体を用いている。このため、パワーリードの
大部分において超電導状態とすることができ、ジュール
熱の低減を効果的に図ることができる。

さらに、酸化物系などの高温超電導体の熱伝導率は、１
０−２〜１０−　”　Ｗ／ｍｋであり、銅に比べると４
桁程度小さい。このため、極低温部側に伝達する熱を極
めて小さくすることができる。

［実施例］ 第１図は、この発明の第１の実施例を示す部分切欠斜視
図である。第１図を参照して、常電導部分である銅パイ
プ４の室温部側の一端には、電流端子１が取付けられて
いる。また、銅パイプ４の極低温部側には、超電導部分
として、酸化物系超電導体からなる高温超電導体ロッド
５が取付けられている。銅パイプ４と高温超電導体ロッ
ド５は、セラミクス半田により電気的に接合されている
。

また電流端子１と銅パイプ４は、ろう付けまたは半田付
けにより電気的に接合されている。

高温超電導体ロッド５の極低温部側には、極低温部に設
置された電気機器に接続するための電流端子６がセラミ
クス半田により接合されている。

電流端子６としては、銅製の電流端子が用いられている
。

高温超電導体ロッド５と銅パイプ４が嵌合されている部
分のまわりには、サーマルアンカ８が取付けられている
。このサーマルアンカ８は、冷凍機７の８０にステージ
に結合されている。このサーマルアンカ８により、高温
超電導体ロッド５は、臨界温度以下に保持されている。

ここでは、冷凍機４をサーマルアンカ８の冷却手段とし
て用いているが、冷凍ｍ７の代わりに、液体窒素を入れ
たタンクを用いてもよい。

銅パイプ４の外側には、蒸発したヘリウムガスを銅パイ
プ４の周面に沿って流し、銅パイプ４を冷却するための
ＦＲＰ製の筒３が設けられている。

この筒３の上部には蓋９が取付けられており、この蓋９
には筒３内を通過する蒸発したヘリウムガスを上方に放
出するためのガス放出孔２が形成されている。

高温超電導体ロッド５は、蒸発したヘリウムガスおよび
サーマルアンカ８により、臨界温度以下に冷却されるの
で、超電導状態となり、電気抵抗が零になるので通電し
ても発熱しない。また、高温超電導体ロッド５は、セラ
ミクス組成からなり、従来の銅などの導体に比べて熱を
伝達しにくいので、室温部からの熱の侵入を抑制するこ
とができる。

第２図は、この発明の第２の実施例を示す縦断面図であ
る。第２図を参照して、パワーリードは常電導部分１１
と超電導部分１２から構成されてい冬。超電導マグネッ
ト１７には、超電導部分１２の先端が接続されている。

超電導マグネット１７は、液体ヘリウム１９中につけら
れている。液体ヘリウム１９は真空槽１３ｂ中に入れら
れており、真空槽１３ｂは、液体窒素＃ｆ１１４および
真空槽１３ａにより覆われている。真空槽１３ａは、極
低温容器１５に入れられている。極低温容器１５の上方
には蓋１８が設けられている。

超電導パワーリードの上方の常電導部分１１は、蓋１８
を通り外部に突き出している。常電導部分１１と超電導
部分１２の接続部近傍には、輻射熱を遮断するための輻
射シールド板１６が複数設けられている。

第３図は、この発明の第３の実施例を示す縦断面図であ
る。第３図に示す実施例においては、超電導部分１２の
上方部分に冷凍機２２に一端を接続した熱伝達用部材２
１の他方端が接続されている。この熱伝達用部材２１は
、第１図に示したサーマルアンカと同様の役割を果たす
ものであり、超電導部分１２の上方部分を強制的に冷却
して臨界温度以下にするためのものである。その他の構
成については第２図に示す実施例と同様であるので、同
一の参照番号を付して説明を省略する。

第４図は、第２および第３の実施例で用いられている超
電導部分を示す横断面図である。また第５図は、同じく
第２および第３の実施例で用いられている超電導部分を
示す側面図である。第４図および第５図に示すように、
この実施例の超電導部分は、筒部材２４のまわりにテー
プ状超電導体２３を並べて配置して構成されている。筒
部材の材質としては、金属や絶縁物等が用いられるが、
熱伝導により外部から侵入してくる熱のことを考慮すれ
ば、熱伝導率の小さいものが好ましい。このようなもの
として、たとえばＦＲＰなどの樹脂を使用することがで
きる。

この実施例において超電導部分の超電導体をテープ状の
超電導体としている理由は、酸化物系の超電導体として
臨界電流密度の高いものが、テープ状の形態で得られや
すいからである。また、筒部材２４の長手方向に沿って
複数曲べて配置しているのは、一般に酸化物系超電導体
は曲げ特性が悪いからである。可撓性のある酸化物系超
電導体の場合には、たとえば筒部材２４のまわりを螺旋
状に巻付けることも可能である。

第６図は、第２および第３の実施例で用いられている超
電導部分を支持する筒部材を示す側面図である。第６図
に示すように、筒部材２４には多数の孔２５が形成され
ている。このように多数の孔２５を設けることにより、
筒部材２４内を通る冷却ガスがテープ状超電導体２３と
接触しやすくなり、テープ状超電導体２３の冷却効率を
高めることができる。

第７図は、第２および第３の実施例における超電導部分
と常電導部分の接続部を示す側面図である。第７図で示
すように、常電導部分１１と超電導部分１２の間には、
銅などの低抵抗の金属線を編んで形成された編組線２６
が取付けられ、電気的に接続されている。編組線２６の
各線の端部は、常電導部分１１および超電導部分１２に
半田により取付けられている。このような編組線２６を
用いることにより、超電導部分１２が冷却されたときの
歪が編組線２６に吸収される。

第８図は、この発明の第４の実施例において用いられる
超電導部分を示す横断面図である。第８図に示すように
、この発明において好ましくは超電導部分１２は外側パ
イプ２７および内側パイプ２８の間に設けられる。外側
パイプ２７および内側パイプ２８と超電導部分１２との
間には空間が形成され、この空間は冷媒ガス流路２９と
なり、この空間内を冷媒ガスが通り、テープ状超電導体
２３を冷却する。

以上の実施例では、ロッド状の超電導体、および筒部材
の周囲に沿って並べて配置したテープ状超電導体を超電
導部分として例示したが、この発明は必ずしもこれらの
形状および構造に限定されるものではない。

［発明の効果］ この発明の超電導パワーリードでは、超電導部分に高温
超電導体を用いているので、従来のパワーリードよりも
発熱を少なくすることができる。

また高温超電導体は、一般に銅などの導体に比べて熱伝
導率が小さいので、室温部から極低温部側に伝達される
熱を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例を示す部分切欠斜視
図である。 第２図は、この発明の第２の実施例を示す縦断面図であ
る。 第３図は、この発明の第３の実施例を示す縦断面図であ
る。 第４図は、この発明の第２および第３の実施例で用いら
れている超電導部分を示す横断面図である。 第５図は、この発明の第２および第３の実施例で用いら
れている超電導部分を示す側面図である。 第６図は、この発明の第２および第３の実施例で用いら
れている超電導部分を支持する筒部材を示す側面図であ
る。 第７図は、この発明の第２および第３の実施例における
超電導部分と常電導部分の接続部を示す側面図である。 第８図は、この発明の第４の実施例において用いられる
超電導部分を示す横断面図である。 第９図は、従来のパワーリードを示す縦断面図である。 図において、１は電流端子、２はガス放出孔、３は筒、
４は銅パイプ、５は高温超電導体ロッド、６は電流端子
、７は冷凍機、８はサーマルアンカ、９は蓋、１１は常
電導部分、１２は超電導部分、１３ａ、１３ｂは真空槽
、１４は液体窒素層、１５は極低温容器、１６は輻射シ
ールド板、１７は超電導マグネット、１８は蓋、１９は
液体ヘリウム、２１は熱伝達用部材、２２は冷凍機、２
３はテープ状超電導体、２４は筒部材、２５は孔、２６
は編組線、２７は外側パイプ、２８は内側パイプ、２つ
は冷媒ガス流路を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）室温部と極低温部との間で電流を流すため使用さ
   れ、常電導部分と超電導部分とを備える超電導パワーリ
   ードにおいて、 前記超電導部分が高温超電導体からなることを特徴とす
   る、超電導パワーリード。
2. （２）前記高温超電導体が酸化物系のテープ状超電導体
   からなる、請求項１に記載の超電導パワーリード。
3. （３）前記テープ状超電導体が熱伝導率の小さな材料か
   らなる筒部材の周囲に複数配置されている、請求項２に
   記載の超電導パワーリード。
4. （４）前記常電導部分と超電導部分が低抵抗体からなる
   編組線で電気的に接続されている、請求項１に記載の超
   電導パワーリード。
5. （５）前記超電導部分が絶縁体からなる外側パイプおよ
   び内側パイプの間に設けられ、外側パイプと内側パイプ
   の間に冷却ガスが通される、請求項１に記載の超電導パ
   ワーリード。