JPH06204575A - 極低温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電流リードと取付け体の間の耐電圧を向上させ
ることができ、高電圧で運転可能な長期にわたる信頼性
が向上する極低温装置を提供することにある。 【構成】超電導コイルと電流リード１が電気的に接続さ
れ、該電流リード１の内部に形成された冷媒通路に冷媒
を流すことにより、電流リード１を冷却するものであっ
て、電流リード１を構成する絶縁物１ｂの上端部に、絶
縁媒体充填用空間部１ｂ１を形成するための円筒部１ｂ
０を形成し、円筒部１ｂ０の外周面に金属製の取付けフ
ランジ１５に固定し、このフランジ１５を極低温装置本
体の取付け体に固定するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常温空間から極低温容
器内に電流を供給する電流リードを有する極低温装置に
関わり、特に浸漬冷却タイプの極低温機器コイルに通電
するための電流リードの絶縁構成を改良した極低温装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来超電導コイルの電流リードの一例と
して、例えば特公平２ー２２５２３号公報に示すものが
公知である。図５は、この種従来の電流リードを備えた
極低温装置の第１の例を電流リード取り付け部分の断面
図である。電流リード１は、電流リード導体１ａとこの
外周部を被覆した電流リード絶縁物１ｂとで構成され、
かつ上端部に形成されたフランジ部１ｃからなってい
る。この電流リード１は、極低温装置本体容器の取付け
体２の穴に、容器外部２３から容器内部２４に挿入さ
れ、フランジ部１ｃは取付け部２に図示しない締付ボル
トで締結されている。このフランジ部１ｃと取付け部２
の間は、気密にシールしてある。取付け部２は、金属製
であり、電気的に接地してある。内部２４には、液体ヘ
リウム９が貯液されている。電流リード導体１ａは冷却
孔１ｄが形成され、電流リード導体１ａの下端部には接
続導体８が接続され、接続導体８の下端部は液体ヘリウ
ム９に浸漬されている。

【０００３】図６はその第２の従来例の一部を示す断面
図であり、電流リード絶縁物１ｂの上端部に絶縁耐力の
大きな真空空間部１ｅを形成し、真空空間部１ｅの外周
部にフランジ部１ｃを形成し、これを取付け部２に締付
ボルト３で締結されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来の第１
の例では、液体ヘリウム９の蒸発ガスが内部２４に充満
する。取付け部２と電流リード絶縁物１ｂの間の絶縁破
壊電圧の低い常温ガスヘリウム雰囲気になるため、放電
しやすくなる。そして、この放電が長時間にわたって発
生した場合、電流リード絶縁物１ｂが絶縁破壊すること
がある。特に、取付け部２の近傍では、取付け部２が金
属であることや電界集中が起きているために部分放電が
発生し易い。

【０００５】また、図５に示す例では、電流リード１に
形成されている冷却孔１ｄにヘリウムガスを流すことに
よって冷却するために、ガスの取入れ口１ｄ1 は液体ヘ
リウム９の液面より上に設置する必要がある。そのた
め、接続導体８との接続部はヘリウムガス空間になる。
そのため、高電圧部は必然的にガスヘリウム空間への露
出部を持つことになる。このため、電流リード１と超電
導コイルとの接続部では、電界集中を起し易く、絶縁性
能の低下等の問題がある。

【０００６】このようなことから、従来図５の取付け部
２を絶縁物で覆って絶縁強化することが良く行われる
が、絶縁物は誘電体であるため残った隙間に発生する電
界が高くなるという問題が新たに生じる。

【０００７】図６の従来の第２の例は、電流リード絶縁
物１ｂの上端部に真空空間部１ｅが設けてあるので、図
５の問題点、すなわち電流リード絶縁物１ｂが絶縁破壊
することを防止できる。これは真空空間部１ｅにより平
均誘電率が小さくなり、かつ、絶縁耐力の大きな真空空
間部１ｅに高電界が発生するからである。

【０００８】しかし、真空空間部１ｅは電流リード絶縁
物１ｂで構成されるため、真空度が劣化し易く、その結
果、真空部分の絶縁耐力が低下することから、電流リー
ド１と取付け部２の間は、他の部分に比べ放電が発生し
易いため超電導装置の高電圧化ができなかった。

【０００９】本発明の第１の目的は、電流リードと取付
け部の間の耐電圧を向上させることができ、高電圧で運
転可能な長期にわたる信頼性が向上する極低温装置を提
供することにあり、また第２の目的は、電流リードと超
電導コイルとの接続部における絶縁性能を向上させ、高
い信頼性を得ることができる極低温装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に対応する発明は、導体を絶縁物で被覆し
てなる電流リードが、極低温機器コイルに電気的に接続
され、該電流リードの内部に形成された冷媒通路に冷媒
を流すことにより、前記電流リードを冷却するものであ
って、電流リードが極低温装置本体の取付け体に支持さ
れた極低温装置において、前記取付け体と前記絶縁物の
間であって、この絶縁物に絶縁媒体を充填するための空
間部を形成し、この絶縁部の外周面に金属製の取付けフ
ランジを固定し、この取付けフランジを前記取付け体に
固定するようにしたことを特徴とする極低温装置であ
る。

【００１１】上記目的を達成するために、請求項２に対
応する発明は、導体を絶縁物で被覆してなる電流リード
が、極低温機器コイルに電気的に接続され、該電流リー
ドの内部に形成された冷媒通路に冷媒を流すことによ
り、前記電流リードを冷却するものであって、電流リー
ドが極低温装置本体の取付け体に支持された極低温装置
において、前記取付け体と前記電流リードの間に発泡絶
縁物を設けたことを特徴とする極低温装置である。

【００１２】上記目的を達成するために、請求項３に対
応する発明は、導体を絶縁物で被覆してなる電流リード
が、極低温機器コイルに電気的に接続され、該電流リー
ドの内部に形成された冷媒通路に冷媒を流すことによ
り、前記電流リードを冷却するものであって、電流リー
ドが極低温装置本体の取付け体に支持された極低温装置
において、前記取付け体と前記電流リードとの間に絶縁
媒体を流通させるための空間部を設け、該空間部に常温
の絶縁媒体を流通させるとともに、前記電流リードと前
記極低温機器コイルとの接続部に静電シールドを設けた
ことを特徴とする極低温装置である。

【００１３】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、取付け体と
前記絶縁物の間であって、この絶縁物に絶縁媒体を充填
するための空間部を形成し、この絶縁部の外周面に金属
製の取付けフランジを固定し、この取付けフランジを前
記取付け体に固定するようにしたので、電流リードの取
付け部近傍で電界が発生する部分に絶縁破壊電圧の低い
常温ガスヘリウムが存在しなくなるため、電流リードの
絶縁物が取付け部分で容易に破壊しないようになる。

【００１４】請求項２に対応する発明によれば、取付け
体と前記電流リードの間に発泡絶縁物が設けられている
ので、取付け体と電流リードの隙間を除き絶縁耐力の低
いヘリウムガスが存在しなくなり、また、発泡絶縁物は
その内部に誘電率の小さな気体を含んでいるので平均の
誘電率が小さくなり、発泡絶縁物と取付け体および電流
リード間に発生する電界が高くならず、その放電距離が
短いために放電開始電圧は高く、絶縁性能を向上するこ
とができる。

【００１５】請求項３に対応する発明によれば、電流リ
ードと極低温機器コイルとの接続部に静電シールドを設
けたので、電流リードにおける電界集中を緩和し、絶縁
性能を向上させることができ、取付け体と電流リードと
の空間部に絶縁媒体を流通させるようにしたので、取付
け体の温度を適当な温度に保ことが可能になり、低温の
ガスによる結露を防止できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１の実施例の要部、すな
わち極低温装置の電流リード取り付け部分の断面図であ
り、図５の従来例と同一部分には同一符号を付してあ
る。極低温装置の内部２４では、電流リード１の下端部
に接続導体８が接続されている。

【００１７】接続導体８は、この下端部が液体ヘリウム
９の中に浸漬され、図示しない超電導コイルに接続され
ている。電流リード１は、電流リード導体１ａと、この
電流リード導体１ａを絶縁物で被覆した電流リード絶縁
物１ｂと、取付けフランジ１５とから構成され、電流リ
ード導体１ａは内部に冷却孔１ｄが形成され、かつ上端
部に板形状の接続部が一体に形成され、この接続部は図
示しない給電用導体が電気的に接続される。電流リード
絶縁物１ｂは、ガラス繊維強化プラスチックで構成さ
れ、この上端部には絶縁媒体充填用空間部１ｂ１を形成
するための円筒部１ｂ０が一体的に形成されている。こ
の円筒部１ｂ０の外周面には、金属製の取付けフランジ
１５が挿入固着されている。この場合取付けフランジ１
５と円筒部１ｂ０の間に隙間がないように密着されてい
る。

【００１８】そして、円筒部１ｂ０の壁の一部に絶縁媒
体充填用空間部１ｂ１と外部２３とを連通する連通管２
５が貫通固定され、連通管２５の外部２３側の端部にゴ
ム風船２１の開口部が挿入固定されている。絶縁媒体充
填用空間部１ｂ１には、常温ガスヘリウムに比べ絶縁破
壊電圧の高い、空気、窒素ガス、六フッ化イオウガス、
フレオン、絶縁油のいずれかが充填されている。

【００１９】このように構成された電流リード１は、極
低温装置本体容器を構成している取付け体２の一部に形
成されている開口部から、内部２４に挿入されるととも
に、取付けフランジ１５と取付け体２は締付ボルト３に
より締結され、両者は電気的に大地電位になっている。

【００２０】以下、このように構成された第１実施例の
作用効果について説明する。絶縁媒体充填用空間部１ｂ
１には、常温ガスヘリウムに比べ絶縁破壊電圧の高い絶
縁媒体が充填されているので、容易に放電しない。ま
た、電流リード導体１ａと取付けフランジ１５の間は、
常温ガスヘリウムの侵入部分がないので、容易に放電し
ない。さらに、取付けフランジ１５と取付け体２は、電
気的に大地電位になっているので、その両者の間は放電
しない。

【００２１】また、液体ヘリウム９は、侵入熱によって
徐々に蒸発し、蒸発したヘリウムガスは、電流リード導
体１ａ、電流リード絶縁物１ｂ、さらに絶縁媒体充填用
空間部１ｂ１を冷却しながら外部２３に出る。この場
合、絶縁媒体充填用空間部１ｂ１は冷却されても、絶縁
媒体充填用空間部１ｂ１にゴム風船２１が連通されてい
るので、ゴム風船２１が自由に圧縮することから、常に
大気圧に保たれる。外部２３の大気は、絶縁媒体充填用
空間部１ｂ１に侵入できないため、大気中の湿気は円筒
部１ｂ０に結露することがない。このように円筒部１ｂ
０が結露しないため、絶縁抵抗が高く、電気的に劣化す
ることが少ない。

【００２２】以上述べた第１実施例によれば、取付け体
２の内側近傍の放電を抑え、しかも電気的劣化の原因と
なる結露を防ぐことができる。図２は本発明の第２の実
施例の要部のみを示す断面図であり、電流リード１は、
電流リード導体１ａの外周を電流リード絶縁物１ｂで被
覆し、さらに電流リード絶縁物１ｂの上端部に形成され
ているフランジ部１ｂｆの近傍外周に発泡絶縁物１ｃを
接着したものである。電流リード導体１ａには、蒸発し
た低温ヘリウムガスを流して冷やすための貫通孔１ａｈ
が設けてある。電流リード絶縁物１ｂの上部にはフラン
ジ部１ｂｆが形成してあり、このフランジ部１ｂｆは締
付ボルト３によって取付フランジ２に固定してある。電
流リード導体１ａと電流リード絶縁物１ｂの接合部には
接着剤を含浸して固め、隙間がないようにしてある。

【００２３】発泡絶縁物１ｃはあらかじめ所定の形状お
よび寸法に切削加工した後、表面にエポキシ樹脂を薄く
塗布したものである。発泡絶縁物１ｃの材質は、発泡ポ
リウレタン、発泡スチレン、発泡ポリエチレンなどの発
泡プラスチックである。いずれの材質もヘリウムガスに
比べ電気的絶縁性の高い窒素ガス、炭酸ガスなどが泡の
中に充填してある。また、発泡絶縁物１ｃと電流リード
絶縁物１ｂの間、および発泡絶縁物１ｃと取付フランジ
２の間はヘリウムガスの侵入を防ぐため、隙間がないよ
うにしてある。

【００２４】以上のように構成された第２の実施例の作
用効果について説明する。発泡絶縁物１ｃと取付フラン
ジ２および電流リード絶縁物１ｂの界面に残る隙間を除
き絶縁耐力の低いヘリウムガスが存在しなくなり、ま
た、発泡絶縁物１ｃのプラスチック自体の誘電率は大き
いが、発泡絶縁物１ｃはその内部に誘電率の小さな気体
を含んでいるので平均の誘電率が小さくなり、発泡絶縁
物１ｃの取付フランジ２および電流リード絶縁物１ｂの
界面に残る隙間に発生する電界が高くならず、その放電
距離が短いために放電開始電圧は高いので、電流リード
１と取付フランジ２の耐電圧を向上することができる。

【００２５】図３は本発明の第３の実施例の要部のみを
示す断面図であり、これは、電流リード絶縁物１ｂのフ
ランジ部１ｂｆに凹部を形成し、この凹部に発泡絶縁物
１ｃの端部を挿入させて界面の長さを長くしたものであ
る。このようにすることにより、電流リード絶縁物１ｂ
の沿面放電に対する絶縁耐力を向上させることができ
る。

【００２６】図４は本発明の第４の実施例の要部のみを
示す断面図であり、図１の実施例と同一または対応する
部分には同一の符号を付して説明する。図４において、
電流リード１の中心部は細長い導体を束ねた線材１ｇに
よって構成されている。電流リード１の電流リード絶縁
物１ｂと常温の絶縁媒体を充填するための絶縁媒体充填
用空間部１ｂ1 を形成するための円筒部１ｂ０を一体化
したものである。被覆部１ｂ２は導体１ｇに覆ってあ
る。円筒部１ｂ０の外側に取付け体２に固定するための
取付けフランジ１５が固着され、取付けフランジ１５と
取付け体２の間は気密シールしてある。接続導体８は液
体ヘリウム９の中に導いてあり、超電導線１０を介し
て、図示していない超電導コイルに接続してある。

【００２７】超電導コイルからの超電導線１０は銅等で
できた接続導体８に半田付けされており、その端部で電
流リード１の下端部の電極１１に接続される。この電流
リード１の下端部において、ドーナツ状に加工した穴１
２ａを有する静電シールド１２を取り付ける。

【００２８】線材１ｇの上端部は接続部１ｈを有してお
り、これには図示していない給電用の導体が接続され
る。円筒部１ｂ０と電流リード絶縁物１ｂはガラス繊維
強化プラスチックにより構成されている。また、絶縁媒
体充填用空間部１ｂ１に絶縁性のパイプ１６およびパイ
プ１７を接続してある。

【００２９】次に、図４の実施例の作用効果について説
明する。電流リード１の下端部に静電シールド１２が取
り付けてあるため、ガスヘリウム空間への露出部におけ
る電界を緩和できる。そのため、高電圧が印加された場
合にも接続部において電界集中による部分放電の発生が
抑制される。また、本実施例においては静電シールド１
２はねじ込み方式による取り付け方法を用いているの
で、電極１１と接続導体８および超電導線１０とを接続
した後に静電シールド１２を電流リード１の下端部に取
り付けることができ、組立が容易であるという利点を持
つ。

【００３０】また、充填部１ｂ1 に取り付けた絶縁性の
パイプ１６およびパイプ１７によって充填部１ｂ1 に乾
燥し空気などの常温の絶縁媒体を流す。乾燥空気はま
ず、パイプ１６から絶縁媒体充填用空間部１ｂ１へ導か
れ、空間部１ｂ１の下部から空間部１ｂ1 へ供給され、
上部に取り付けたパイプ１７から外部へ放出される。パ
イプ１６，１７はともに絶縁物でできているので、電界
分布への悪影響はない。

【００３１】さらに、常温の気体を流通させるために取
付けフランジ１５の温度を常温に保つことができる。そ
のため、絶縁媒体充填用空間部１ｂ１内部には結露等発
生しないことはもちろんのこと、取付けフランジ１５の
表面においても結露が生じない。そのため、電極部１１
と金属製の取付け体２との間の沿面放電特性が向上し、
電気的な劣化が生じない。

【００３２】本発明は以上述べた実施例に限定さず、例
えば以下のように構成することもできる。すなわち、図
１の実施例において、円筒部１ｂ０と取付けフランジ１
５の間、あるいは電流リード導体１ａと電流リード絶縁
物１ｂの間に、導電性接着剤を塗布することにより、放
電の発生を防ぐことができる。

【００３３】また、図１の電流リード導体１ａと電流リ
ード絶縁物１ｂの間に、電流リード絶縁物１ｂの内周面
に導電層を形成することにより、放電の発生を防ぐこと
ができる。

【００３４】さらに、図１の円筒部１ｂ０は外部２３に
比べ内部２４の部分を長くすることにより、内部２４の
常温ガスヘリウムに接した円筒部１ｂ０からの放電を抑
えることができる。

【００３５】また、図１の絶縁媒体充填用空間部１ｂ１
が大きく冷えない場合は、ゴム風船２１を省くことがで
きる。さらに、図１の円筒部１ｂ０と取付けフランジ１
５は、ねじ接合とすることにより、両者を強く固定する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば以下のような
効果が得られる。請求項１および請求項２に対応する発
明によれば、電流リードの耐電圧を高くすることができ
るので、運転電圧の高電圧化が必要な超電導装置、例え
ば超電導発電機・超電導変圧器・超電導エネルギー貯蔵
装置・超電導限流器・核融合用などの超電導パルスコイ
ルの性能を向上することができ、また、絶縁物と発泡絶
縁物の経年劣化以外に絶縁劣化する要因がなく、信頼性
の高い機器を構成できる。

【００３７】請求項３に対応する発明によれば、電流リ
ードとの下端部に静電シールドを取り付けるためにガス
ヘリウム空間への露出部における電界を緩和でき、部分
放電などによる絶縁性能の低下がなくなり、また、フラ
ンジ部に空間を設け、そこに絶縁媒体を流通させること
により、フランジ表面における結露を防止し、高電圧電
極部と電気的に接地させるフランジとの間の沿面放電特
性の低下がないようにできる。そのため、高い信頼性を
持つ極低温装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による極低温装置の第１の実施例の要部
のみを示す断面図。

【図２】本発明による極低温装置の第２の実施例の要部
のみを示す断面図。

【図３】本発明による極低温装置の第３の実施例の要部
のみを示す断面図。

【図４】本発明による極低温装置の第４の実施例の要部
のみを示す断面図。

【図５】従来の極低温装置の第１の例を示す。

【図６】従来の極低温装置の第２の例を示す。

【符号の説明】

１…電流リード、１ａ…電流リード導体、１ｂ…電流リ
ード絶縁物、１ｂ０…円筒部、１ｂ１…絶縁媒体充填用
空間部、１ｃ…電流リード発泡絶縁物、１ｄ…冷却孔、
２…取付け体、３…締付ボルト、１５…取付けフラン
ジ、２１…ゴム風船。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 興次 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 酒井 正弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体を絶縁物で被覆してなる電流リード
   が、極低温機器コイルに電気的に接続され、該電流リー
   ドの内部に形成された冷媒通路に冷媒を流すことによ
   り、前記電流リードを冷却するものであって、電流リー
   ドが極低温装置本体の取付け体に支持された極低温装置
   において、前記取付け体と前記絶縁物の間であって、こ
   の絶縁物に絶縁媒体を充填するための空間部を形成し、
   この絶縁部の外周面に金属製の取付けフランジを固定
   し、この取付けフランジを前記取付け体に固定するよう
   にしたことを特徴とする極低温装置。
2. 【請求項２】 導体を絶縁物で被覆してなる電流リード
   が、極低温機器コイルに電気的に接続され、該電流リー
   ドの内部に形成された冷媒通路に冷媒を流すことによ
   り、前記電流リードを冷却するものであって、電流リー
   ドが極低温装置本体の取付け体に支持された極低温装置
   において、前記取付け体と前記電流リードの間に発泡絶
   縁物を設けたことを特徴とする極低温装置。
3. 【請求項３】 導体を絶縁物で被覆してなる電流リード
   が、極低温機器コイルに電気的に接続され、該電流リー
   ドの内部に形成された冷媒通路に冷媒を流すことによ
   り、前記電流リードを冷却するものであって、電流リー
   ドが極低温装置本体の取付け体に支持された極低温装置
   において、前記取付け体と前記電流リードとの間に絶縁
   媒体を流通させるための空間部を設け、該空間部に常温
   の絶縁媒体を流通させるとともに、前記電流リードと前
   記極低温機器コイルとの接続部に静電シールドを設けた
   ことを特徴とする極低温装置。