JPH07297455A - Current lead for superconducting equipment - Google Patents
Current lead for superconducting equipmentInfo
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- JPH07297455A JPH07297455A JP6104385A JP10438594A JPH07297455A JP H07297455 A JPH07297455 A JP H07297455A JP 6104385 A JP6104385 A JP 6104385A JP 10438594 A JP10438594 A JP 10438594A JP H07297455 A JPH07297455 A JP H07297455A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は超電導機器用電流リード
にかかるもので、とくにクライオスタット容器などの断
熱容器内で極低温に保持された超電導コイル装置などの
超電導機器に外部電源装置から電流を供給するための超
電導機器用電流リードに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current lead for a superconducting device, and in particular, supplies an electric current from an external power supply device to a superconducting device such as a superconducting coil device which is kept at a cryogenic temperature in a heat insulating container such as a cryostat container. The present invention relates to a current lead for superconducting equipment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、常温環境下に置かれた励磁用
電源（外部電源装置）から、クライオスタット容器内の
液化ヘリウム（液体ヘリウム）中に浸責冷却された超電
導機器へ電流を供給するための手段として、各種の電流
リードを用いている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to supply an electric current from an exciting power source (external power source device) placed in a room temperature environment to superconducting equipment that is cooled by immersion in liquefied helium (liquid helium) in a cryostat container. As the means, various current leads are used.
【０００３】超電導機器においては、外部からの熱伝導
や輻射、および電流リードからの侵入熱により高価な液
体ヘリウムが蒸発してしまうという問題がある。通常の
超電導機器においては、電流リードからの侵入熱が侵入
熱全体の大半を占めていることは周知の通りである。In a superconducting device, there is a problem that expensive liquid helium evaporates due to heat conduction and radiation from the outside and heat entering from the current leads. It is well known that, in a normal superconducting device, the intrusion heat from the current lead occupies most of the intrusion heat.
【０００４】当該電流リードとしては、各種の材料から
これを選択することが可能であるが、まず銅材料を用い
た従来の電流リードを図５にもとづき概説する。図５
は、従来の銅製電流リードを用いた超電導機器たとえば
超電導コイル装置１の概略断面図であって、超電導コイ
ル装置１は、超電導コイル２と、液体ヘリウム容器であ
るコイル容器３と、このコイル容器３内の冷媒４（たと
えば液体ヘリウム）と、断熱真空容器としたクライオス
タット容器５と、銅材からなるガス冷却型の電流リード
６と、外部電源装置７と、電源側接続線８と、電流リー
ド６を被覆している蒸発管９とを有する。The current lead can be selected from various materials. First, a conventional current lead using a copper material will be outlined with reference to FIG. Figure 5
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional superconducting device using a copper current lead, for example, a superconducting coil device 1. The superconducting coil device 1 includes a superconducting coil 2, a coil container 3 which is a liquid helium container, and the coil container 3. A coolant 4 (for example, liquid helium), a cryostat container 5 that is an adiabatic vacuum container, a gas-cooled current lead 6 made of a copper material, an external power supply device 7, a power supply side connecting wire 8, and a current lead 6 And an evaporation pipe 9 covering the same.
【０００５】上記電流リード６および電源側接続線８に
より、超電導コイル２を外部電源装置７に電気的に接続
するものであるが、超電導コイル側端子１０から常温側
端子１１に向かって蒸発上昇するヘリウムガス１２によ
り電流リード６を冷却し、外部からの侵入熱および通電
時のジュール熱がこの電流リード６を介してコイル容器
３内に侵入することを抑制しようとしている。Although the superconducting coil 2 is electrically connected to the external power supply device 7 by the current lead 6 and the power source side connecting wire 8, the superconducting coil 2 evaporates and rises from the superconducting coil side terminal 10 to the room temperature side terminal 11. The current lead 6 is cooled by the helium gas 12 to suppress the invasion heat from the outside and the Joule heat at the time of energization from entering the coil container 3 through the current lead 6.
【０００６】しかしながら、上述のように、超電導コイ
ル２部分への侵入熱の大半は電流リード６の部分におけ
る侵入熱であって、この電流リード６では液体ヘリウム
４の消耗が激しいとともに、この侵入熱を低減すること
は困難である。However, as described above, most of the heat entering the superconducting coil 2 portion is the heat entering the current lead 6, and in this current lead 6, the liquid helium 4 is heavily consumed and the heat entering the superconducting coil 2 is large. Is difficult to reduce.
【０００７】しかして、当該電流リード６の全体あるい
は一部を、熱伝導度の低い高温超電導体たとえば酸化物
高温超電導体により製作することによって、この部分を
通した外部からの熱侵入量、および同部分におけるジュ
ール熱発生量を低く抑えることができる。たとえば、液
化窒素（液体窒素）温度（７７Ｋ）以上の臨界温度を有
する高温超電導材料を用いて電流リードを構成する方法
が考えられている。なお、酸化物高温超電導体として
は、ビスマス（Ｂｉ）系、イットリウム（Ｙ）系、タリ
ウム（Ｔｌ）系、ランタン（Ｌａ）系、ＢＰＢＯ系など
のものがある。However, the whole or a part of the current lead 6 is made of a high temperature superconductor having a low thermal conductivity, for example, an oxide high temperature superconductor, so that the amount of heat penetration from the outside through this portion, and The amount of Joule heat generated in the same portion can be suppressed low. For example, a method of forming a current lead by using a high temperature superconducting material having a critical temperature of liquefied nitrogen (liquid nitrogen) temperature (77K) or higher has been considered. The oxide high-temperature superconductors include bismuth (Bi) based, yttrium (Y) based, thallium (Tl) based, lanthanum (La) based, and BPBO based.
【０００８】図６は、こうした液体窒素温度（７７Ｋ）
以上の臨界温度を有する高温超電導材料を採用した電流
リードを用いた他の超電導コイル装置１３の概略断面図
である。超電導コイル装置１３は、図５にもとづいて概
説した銅材からなるガス冷却型の電流リード６およびこ
の電流リード６を被覆している蒸発管９に代えて、銅材
などによる金属製電流リード本体１４およびこの金属製
電流リード本体１４に中間接続部１５において接続して
いる高温超電導体電流リード本体１６から構成した電流
リード１７と、窒素ガス蒸発管１８と、ステンレスなど
から構成するとともに液体窒素１９を収容した液体窒素
容器２０と、ヘリウムガス蒸発管２１と、を設けてあ
る。FIG. 6 shows such a liquid nitrogen temperature (77K).
It is a schematic sectional drawing of the other superconducting coil apparatus 13 using the current lead which adopted the high temperature superconducting material which has the above critical temperature. The superconducting coil device 13 includes a metal current lead body made of a copper material or the like instead of the gas cooling type current lead 6 made of a copper material and the evaporation pipe 9 covering the current lead 6 as outlined based on FIG. 14 and a current lead 17 composed of a high-temperature superconductor current lead body 16 connected to the metal current lead body 14 at an intermediate connection portion 15, a nitrogen gas evaporation pipe 18, and stainless steel and the like, and liquid nitrogen 19 A liquid nitrogen container 20 accommodating the above and a helium gas evaporation pipe 21 are provided.
【０００９】すなわち、常温側端子１１から液体窒素容
器２０までのリード部分には金属製電流リード本体１４
を採用し、液体窒素容器２０から超電導コイル側端子１
０までのリード部分には高温超電導体電流リード本体１
６を採用している。That is, in the lead portion from the room temperature side terminal 11 to the liquid nitrogen container 20, the metal current lead body 14 is provided.
, The liquid nitrogen container 20 to the superconducting coil side terminal 1
High-temperature superconductor current lead body 1 for the lead portion up to 0
6 is adopted.
【００１０】こうした構成の超電導コイル装置１３にお
いては、高温超電導体電流リード本体１６の部分はヘリ
ウムガス１２により冷却されるとともに、中間接続部１
５側の端部が液体窒素１９により温度７７Ｋに保たれる
ので、高温超電導体電流リード本体１６は超電導状態に
維持されてこの高温超電導体電流リード本体１６の部分
においてはジュール熱は発生しない。In the superconducting coil device 13 having such a structure, the portion of the high temperature superconductor current lead body 16 is cooled by the helium gas 12 and the intermediate connecting portion 1 is used.
Since the end on the fifth side is kept at a temperature of 77 K by the liquid nitrogen 19, the high temperature superconductor current lead body 16 is maintained in a superconducting state, and Joule heat is not generated in this high temperature superconductor current lead body 16.
【００１１】また、金属製電流リード本体１４の部分
は、中間接続部１５から常温側端子１１に向かって蒸発
上昇する窒素ガス２２により冷却され、外部からの侵入
熱および通電時のジュール熱がこの銅材による金属製電
流リード本体１４を介して高温超電導体電流リード本体
１６さらにはコイル容器３内に侵入することを抑制しよ
うとしている。The portion of the metal current lead body 14 is cooled by the nitrogen gas 22 which evaporates and rises from the intermediate connection portion 15 toward the room temperature side terminal 11, so that the intrusion heat from the outside and the Joule heat at the time of energization are generated. It is intended to suppress the intrusion of the high-temperature superconductor current lead body 16 and the coil container 3 through the metal current lead body 14 made of a copper material.
【００１２】したがって、金属製電流リード本体１４、
中間接続部１５および高温超電導体電流リード本体１６
の電流リード１７からコイル容器３内に侵入する熱は熱
伝導分のみとなる。Therefore, the metal current lead body 14,
Intermediate connection portion 15 and high temperature superconductor current lead body 16
The heat penetrating from the current lead 17 into the coil container 3 is only the heat conduction component.
【００１３】一方、高温超電導体電流リード本体１６は
セラミックス製のものが多く、したがって、その熱伝導
率は銅材などと比較してきわめて小さいもので、金属製
電流リード本体１４、中間接続部１５および高温超電導
体電流リード本体１６の電流リード１７からコイル容器
３への侵入熱は、図５のように銅材を用いたガス冷却型
の電流リード６の場合に比較してきわめて小さくなる。On the other hand, the high-temperature superconductor current lead body 16 is often made of ceramics, and therefore its thermal conductivity is extremely small as compared with a copper material or the like, and the metal current lead body 14 and the intermediate connection portion 15 are made. Also, the heat penetrating from the current lead 17 of the high-temperature superconductor current lead body 16 to the coil container 3 is extremely small as compared with the case of the gas cooling type current lead 6 using a copper material as shown in FIG.
【００１４】しかしながら、こうした構成の電流リード
１７によっても依然として、コイル容器３から蒸発して
くるヘリウムガス１２と、液体窒素容器２０内に充満し
た液体窒素１９と、その窒素ガス２２とによって電流リ
ード１７を冷却しているので、液体ヘリウム４および液
体窒素１９という冷媒の煩雑な補給は避けられないとと
もに、複雑な構造となることも避けられない。However, even with the current lead 17 having such a configuration, the current lead 17 is still caused by the helium gas 12 vaporized from the coil container 3, the liquid nitrogen 19 filled in the liquid nitrogen container 20, and the nitrogen gas 22. Since it is cooled, complicated replenishment of the liquid helium 4 and liquid nitrogen 19 refrigerant is inevitable, and a complicated structure is inevitable.
【００１５】とくに電流リード１７の中間部に設ける液
体窒素容器２０は、クライオスタット容器５およびヘリ
ウムガス１２流路などに対して真空気密を保った圧力容
器とする必要があるので、配管などの装置構造の複雑
化、および品質試験などの煩雑化を避けることができな
い等の問題がある。In particular, the liquid nitrogen container 20 provided in the middle of the current lead 17 is required to be a pressure container that is kept vacuum-tight with respect to the cryostat container 5 and the helium gas 12 flow path, and therefore the device structure such as piping is used. However, there is a problem in that it is inevitable to avoid complication of the above and complicatedness of quality tests.
【００１６】さらに、こうした構成の電流リード１７の
長さは高温超電導体材料を用いない場合と比較しても特
別小さくなるものではないため、超電導コイル２を含む
超電導コイル装置１３全体の高さは電流リード１７の分
だけ高くなってしまい、その設置場所などに制約がある
という問題がある。Further, since the length of the current lead 17 having such a structure is not particularly small as compared with the case where the high temperature superconductor material is not used, the height of the entire superconducting coil device 13 including the superconducting coil 2 is set. There is a problem that the current lead 17 becomes higher by the amount corresponding to the current lead 17 and there is a restriction on the installation location and the like.
【００１７】上述のような諸問題を解消する方法とし
て、本出願人が提案した電流リード装置（「超電導装
置」、特願平５−７６１７０号）について図７にもとづ
き概説する。図７は、超電導コイル装置３０の断面図で
あり、超電導コイル装置３０は、クライオスタット容器
３１と、このクライオスタット容器３１に収容した冷媒
４と、真空容器３２と、多段冷却ステージ式の小型冷凍
機たとえばＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマフォン冷凍
機）３３と、を有する。As a method for solving the above-mentioned problems, a current lead device ("superconducting device", Japanese Patent Application No. 5-76170) proposed by the present applicant will be outlined with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of the superconducting coil device 30. The superconducting coil device 30 includes a cryostat container 31, a refrigerant 4 contained in the cryostat container 31, a vacuum container 32, and a multistage cooling stage type small refrigerator, for example. And a GM refrigerator (Gifford McMahon refrigerator) 33.
【００１８】外部電源装置７を、電源側接続線８および
常温側端子１１から、銅材などによる金属製電流リード
本体３４、高温超電導体電流リード本体３５、超電導コ
イル側端子３６、および超電導線材３７を介して超電導
コイル２に接続してある。In the external power supply device 7, the power supply side connecting wire 8 and the room temperature side terminal 11 are connected to a metal current lead body 34 made of a copper material, a high temperature superconductor current lead body 35, a superconducting coil side terminal 36, and a superconducting wire material 37. It is connected to the superconducting coil 2 via.
【００１９】ＧＭ冷凍機３３は、これを真空容器３２の
頭部の蓋部材３８に固定し、その第一段冷却ステージ３
３Ａを第１のセラミックス板３９を介して電気的絶縁を
保ったまま金属製電流リード本体３４に熱的に接続させ
てこれを冷却する。The GM refrigerator 33 is fixed to the lid member 38 on the head of the vacuum container 32, and the first cooling stage 3 thereof is provided.
3A is thermally connected to the metallic current lead body 34 while maintaining electrical insulation via the first ceramics plate 39, and this is cooled.
【００２０】ＧＭ冷凍機３３の第二段冷却ステージ３３
Ｂを第２のセラミックス板４０を介して電気的絶縁を保
ったまま高温超電導体電流リード本体３５に熱的に接続
させてこれを冷却する。第１のセラミックス板３９およ
び第２のセラミックス板４０は、たとえば窒化アルミニ
ウムなど、低温における熱伝導率が高く、かつ電気絶縁
性が良好な材料によりこれを構成する。The second cooling stage 33 of the GM refrigerator 33
B is thermally connected to the high-temperature superconductor current lead body 35 via the second ceramic plate 40 while maintaining electrical insulation, and this is cooled. The first ceramics plate 39 and the second ceramics plate 40 are made of a material such as aluminum nitride having a high thermal conductivity at a low temperature and a good electrical insulation property.
【００２１】真空容器３２、ＧＭ冷凍機３３、金属製電
流リード本体３４、高温超電導体電流リード本体３５、
超電導コイル側端子３６、第１のセラミックス板３９お
よび第２のセラミックス板４０により電流リード４１を
構成してある。Vacuum container 32, GM refrigerator 33, metal current lead body 34, high temperature superconductor current lead body 35,
The superconducting coil side terminal 36, the first ceramic plate 39 and the second ceramic plate 40 constitute a current lead 41.
【００２２】上記真空容器３２は、その容器常温側端部
３２Ａを常温側端子１１（温度約３００Ｋ）に位置さ
せ、高温側容器中間部３２ＢをＧＭ冷凍機３３の第一段
冷却ステージ３３Ａ（温度約７０Ｋ）に熱的に接触さ
せ、かつ容器底部３２ＣをＧＭ冷凍機３３の第二段冷却
ステージ３３Ｂ（温度約４〜２０Ｋ）に熱的に接触させ
てある。The vacuum container 32 has its room temperature side end 32A positioned at the room temperature side terminal 11 (temperature of about 300K) and the high temperature side container intermediate part 32B of the GM refrigerator 33 at the first cooling stage 33A (temperature). About 70 K) and the container bottom 32C is in thermal contact with the second cooling stage 33B of the GM refrigerator 33 (temperature about 4 to 20 K).
【００２３】こうした構成の超電導コイル装置３０にお
いては、高温超電導体電流リード本体３５がＧＭ冷凍機
３３により冷却されるとともに、真空容器３２内に納め
られている構造であるため、常温側端子１１ないし容器
常温側端部３２Ａの温度は３００Ｋ、高温側容器中間部
３２Ｂの部分の温度は７０Ｋ、容器底部３２Ｃないし超
電導コイル側端子３６の部分の温度が４〜２０Ｋとな
り、図５の超電導コイル装置１および図６の超電導コイ
ル装置１３に比較して、液体ヘリウム４への侵入熱が大
幅に低減される。In the superconducting coil device 30 having such a structure, the high temperature superconductor current lead body 35 is cooled by the GM refrigerator 33 and is housed in the vacuum container 32. The temperature of the container normal temperature side end portion 32A is 300K, the temperature of the high temperature side container intermediate portion 32B is 70K, the temperature of the container bottom portion 32C or the superconducting coil side terminal 36 is 4 to 20K, and the superconducting coil device 1 of FIG. And, compared with the superconducting coil device 13 of FIG. 6, the heat entering the liquid helium 4 is significantly reduced.
【００２４】しかしながら、この形の超電導コイル装置
３０にも以下に述べるような欠点や短所があることが分
かってきた。第一に、冷凍機に関する現状の技術では、
ＧＭ冷凍機３３の第二段冷却ステージ３３Ｂの温度が液
体ヘリウム４の温度（４．２Ｋ）レベルのときには冷却
能力が低く、図７にもとづき説明したような構成におけ
る侵入熱量のもとでは、第二段冷却ステージ３３Ｂの温
度を実際に１０Ｋ以下に冷却することは困難であると考
えられる。However, it has been found that the superconducting coil device 30 of this type also has the following drawbacks and disadvantages. First, with the current technology for refrigerators,
When the temperature of the second cooling stage 33B of the GM refrigerator 33 is at the temperature of the liquid helium 4 (4.2K) level, the cooling capacity is low, and when the amount of intruding heat in the configuration as described with reference to FIG. It is considered difficult to actually cool the temperature of the second cooling stage 33B to 10 K or less.
【００２５】したがって、温度が１０Ｋ以上の超電導コ
イル側端子３６から液体ヘリウム４中の超電導コイル２
までの間を熱伝導率の高い超電導線材３７によって接続
するような構成では、１０Ｋ〜４Ｋまでの温度勾配のた
め、超電導コイル２への侵入熱を十分低い値とすること
は困難であるという問題がある。Therefore, the superconducting coil 2 in the liquid helium 4 is supplied from the superconducting coil side terminal 36 having a temperature of 10 K or more.
In the configuration in which the above are connected by the superconducting wire 37 having a high thermal conductivity, it is difficult to set the heat entering the superconducting coil 2 to a sufficiently low value due to the temperature gradient from 10K to 4K. There is.
【００２６】第二に、真空容器３２の容器常温側端部３
２ＡをＧＭ冷凍機３３の第一段冷却ステージ３３Ａに熱
的に接触させている点に問題がある。すなわちこの熱的
な接触構造は、室温部から真空容器３２を通して侵入す
る熱を第一段冷却ステージ３３Ａで取り去って第二段冷
却ステージ３３Ｂには伝えないようにするためのもので
あるが、このことが逆に第一段冷却ステージ３３Ａに対
して熱負荷が発生することになる。第一段冷却ステージ
３３Ａには、このほかに室温から電流を供給している金
属製電流リード本体３４による熱負荷も加わる。Secondly, the end portion 3 of the vacuum container 32 on the room temperature side.
There is a problem in that 2A is in thermal contact with the first cooling stage 33A of the GM refrigerator 33. That is, this thermal contact structure is for removing the heat entering from the room temperature through the vacuum container 32 by the first cooling stage 33A and not transmitting it to the second cooling stage 33B. On the contrary, a heat load is generated on the first cooling stage 33A. In addition to this, a thermal load is also applied to the first cooling stage 33A by the metal current lead body 34 that supplies current from room temperature.
【００２７】第一段冷却ステージ３３Ａにおける熱負荷
および冷凍能力の試算を行うと、温度７０Ｋにおいて冷
凍能力６０Ｗ（すなわち、温度が７０Ｋになったとき第
一段冷却ステージ３３Ａにおいて６０Ｗの熱を加えても
この温度７０Ｋを維持することができる冷凍能力であ
り、無負荷の状態では温度４０Ｋを維持することができ
る冷凍能力）に対して、通電容量５００Ａの金属製電流
リード本体３４についてその一対からの侵入熱は約４４
Ｗで、真空容器３２からの侵入熱による熱負荷は約１２
Ｗである。A trial calculation of the heat load and the refrigerating capacity in the first cooling stage 33A shows that the refrigerating capacity is 60W at a temperature of 70K (that is, 60W of heat is added in the first cooling stage 33A when the temperature reaches 70K). Also has a refrigerating capacity capable of maintaining this temperature of 70K, and a refrigerating capacity capable of maintaining a temperature of 40K in an unloaded state). Invasion heat is about 44
At W, the heat load due to the intrusion heat from the vacuum container 32 is about 12
W.
【００２８】ここで電流容量を増加しようとした場合、
第一段冷却ステージ３３Ａにおいては、６０−（４４＋
１２）＝４Ｗの余裕があるだけであるため、真空容器３
２からの侵入熱をなくし、その分の熱負荷を金属製電流
リード本体３４に分配しなければ電流容量の増加を実現
することはできない。すなわち、この超電導コイル装置
３０のような構成では、通電可能な電流容量を制限して
しまっているという問題が発生するのである。If the current capacity is to be increased,
In the first cooling stage 33A, 60- (44+
12) = vacuum container 3 because there is only a margin of 4W
The increase in current capacity cannot be realized unless the invasion heat from 2 is eliminated and the heat load corresponding to that is distributed to the metal current lead body 34. That is, in the structure such as the superconducting coil device 30, there is a problem that the current capacity that can be conducted is limited.
【００２９】本出願人が提案した他の電流リード装置
（「高温超電導電流リード」、特願平５−２９９１３４
号）について図８にもとづき概説する。図８は、超電導
コイル装置５０の断面図であり、その高温超電導体電流
リード５１は、ＧＭ冷凍機３３と、銅材などによる金属
製電流リード本体５２と、中間接続部５３と、高温超電
導体電流リード本体５４と、低温側接続部５５と、第一
段サーマルアンカー部材５６と、第二段サーマルアンカ
ー部材５７と、アンカー側超電導線材５８と、酸化物超
電導体などによる超電導体電流リード５９と、コイル側
超電導線材６０と、これらを外周から被覆する断熱材容
器６１と、からこれを構成する。Another current lead device proposed by the present applicant (“high temperature superconducting current lead”, Japanese Patent Application No. 5-299134).
No.) is outlined based on FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the superconducting coil device 50. The high-temperature superconductor current lead 51 includes a GM refrigerator 33, a metal current lead body 52 made of a copper material, an intermediate connecting portion 53, and a high-temperature superconductor. A current lead body 54, a low temperature side connection portion 55, a first stage thermal anchor member 56, a second stage thermal anchor member 57, an anchor side superconducting wire 58, and a superconductor current lead 59 made of an oxide superconductor or the like. The coil side superconducting wire 60 and the heat insulating material container 61 covering these from the outer circumference are configured.
【００３０】断熱材容器６１は、たとえば発泡スチロー
ル材などを採用し、その長さ方向（図中上下方向）にふ
たつ割りとして左右に分解可能とするとともに、その底
部には開口部６２を形成し、内部空間６３に蒸発ヘリウ
ムガス１２が侵入可能とするが、この内部空間６３内で
の対流は困難なようにしてある。The heat insulating material container 61 is made of, for example, styrofoam material, and can be disassembled into two parts in the length direction (vertical direction in the figure) so that it can be disassembled to the left and right, and an opening 62 is formed at the bottom thereof. The vaporized helium gas 12 can enter the internal space 63, but convection in the internal space 63 is made difficult.
【００３１】断熱材容器６１は、その底部をクライオス
タット容器２１内の冷媒４の液面より下方に配置してあ
る。The bottom of the heat insulating material container 61 is arranged below the liquid level of the refrigerant 4 in the cryostat container 21.
【００３２】こうした構成の超電導コイル装置５０にお
いては、高温超電導体電流リード５１により液体ヘリウ
ム４への侵入熱量を大幅に低減することができるが、Ｇ
Ｍ冷凍機３３の第一段冷却ステージ３３Ａが内部空間６
３の充満ヘリウムガス１２中にあるため、ヘリウムガス
１２を介して室温部から熱が侵入してくるので、第一段
冷却ステージ３３Ａへの熱負荷が大きい。In the superconducting coil device 50 having such a structure, the amount of heat entering the liquid helium 4 can be greatly reduced by the high temperature superconductor current lead 51.
The first cooling stage 33A of the M refrigerator 33 has an internal space 6
Since it is in the filled helium gas 12 of No. 3, heat enters from the room temperature portion through the helium gas 12, so that the heat load on the first cooling stage 33A is large.
【００３３】したがって、金属製電流リード本体５２に
よる熱負荷を減少させる必要があり、図７に示した電流
リード４１の場合と同様に、電流容量の増加が不可能と
なってしまうという問題がある。Therefore, it is necessary to reduce the heat load due to the metal current lead body 52, and as with the case of the current lead 41 shown in FIG. 7, it is impossible to increase the current capacity. .
【００３４】また、超電導体電流リード５９は機械的強
度が低いために、コイル側超電導線材６０が接続されて
いるその端部に外力が加わると破損してしまう可能性が
あるという問題がある。Further, since the superconductor current lead 59 has a low mechanical strength, there is a problem that the coil side superconducting wire 60 may be damaged if an external force is applied to its end.
【００３５】従来の電流リード６、１７、４１、５１は
いずれも、超電導コイル２などの超電導機器を極低温に
維持するために、電流リード６、１７、４１、５１およ
び真空容器３２などを介した侵入熱を低減させることに
より液体ヘリウム４の消耗を効果的に抑制することが困
難であるという問題がある。All of the conventional current leads 6, 17, 41, 51 are provided with current leads 6, 17, 41, 51 and a vacuum container 32 in order to maintain the superconducting device such as the superconducting coil 2 at a cryogenic temperature. There is a problem that it is difficult to effectively suppress the consumption of the liquid helium 4 by reducing the penetration heat.
【００３６】[0036]
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、低温のガスや液体な
どによって冷却することなく、ＧＭ冷凍機など小型の冷
凍機を用いて単純な構造で、外部から極低温容器（クラ
イオスタット容器）内への侵入熱を大幅に低減し、高価
な液体ヘリウムなどの冷媒の蒸発量を削減することがで
きるようにした超電導機器用電流リードを提供すること
を課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is simple to use a small refrigerator such as a GM refrigerator without cooling with a low temperature gas or liquid. To provide a current lead for superconducting equipment that has a structure that can significantly reduce the heat entering from the outside into the cryogenic container (cryostat container) and reduce the evaporation amount of expensive refrigerant such as liquid helium. This is an issue.
【００３７】[0037]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ＧＭ
冷凍機の第二段冷却ステージのさらに低温側（超電導機
器側）に低温端子部を追加し、この低温端子部の温度を
４Ｋ付近とするように冷却可能とすることにより超電導
機器との間に温度勾配をできるだけ少なくするようにす
ることに着目したもので、クライオスタット容器内にお
いて冷媒に浸漬した超電導機器と、クライオスタット容
器の外部に配置した外部電源装置とを電気的に接続する
ための超電導機器用電流リードであって、上記超電導機
器と上記外部電源装置との間に配置した冷凍機と、上記
外部電源装置に接続するとともにこの冷凍機の第一段冷
却ステージに熱的に接触させた金属製電流リード本体
と、この金属製電流リード本体に直列に接続するととも
に上記冷凍機の第二段冷却ステージに熱的に接触させた
高温超電導体電流リード本体と、この高温超電導体電流
リード本体と上記超電導機器との間に直列に接続する超
電導機器側端子と、上記金属製電流リード本体および上
記高温超電導体電流リード本体、ならびに上記冷凍機の
少なくとも第一段冷却ステージおよび第二段冷却ステー
ジを覆うとともに上記クライオスタット容器内に設けた
真空容器と、を有するとともに、この真空容器の側壁の
低温側容器中間部を上記冷凍機の第二段冷却ステージに
熱的に接触させ、この低温側容器中間部より高温側の高
温側容器中間部は、これを上記冷凍機の第一段冷却ステ
ージに熱的に接触させずに容器非接触部とし、かつ上記
真空容器の容器底部は、これを上記超電導機器と同一温
度としたことを特徴とする超電導機器用電流リードであ
る。That is, the present invention provides a GM
By adding a low temperature terminal to the lower temperature side (superconducting device side) of the second cooling stage of the refrigerator, and allowing cooling so that the temperature of this low temperature terminal is around 4K, it is possible to connect it to the superconducting device. Focusing on making the temperature gradient as small as possible, it is for superconducting equipment for electrically connecting the superconducting equipment immersed in the refrigerant in the cryostat container and the external power supply device arranged outside the cryostat container. A current lead, a refrigerator arranged between the superconducting device and the external power supply, and a metal connected to the external power supply and in thermal contact with the first cooling stage of the refrigerator. A current lead body and a high-temperature superconductor current source connected in series to the metal current lead body and in thermal contact with the second cooling stage of the refrigerator. A main body, a superconducting equipment-side terminal connected in series between the high-temperature superconductor current lead body and the superconducting equipment, the metal current lead body, the high-temperature superconductor current lead body, and at least the refrigerator. A vacuum container provided in the cryostat container while covering the first cooling stage and the second cooling stage, and the intermediate part of the low temperature side container of the side wall of the vacuum container is the second cooling stage of the refrigerator. To the container, the high temperature side container middle part on the higher temperature side than the low temperature side container middle part is a container non-contact part without thermally contacting it with the first stage cooling stage of the refrigerator, and The container bottom of the vacuum container is a current lead for superconducting equipment, which has the same temperature as that of the superconducting equipment.
【００３８】上記真空容器の容器底部を、上記超電導機
器を浸漬する上記冷媒に浸漬し、あるいは接触させるこ
とができる。The bottom of the vacuum container may be immersed in or brought into contact with the refrigerant in which the superconducting device is immersed.
【００３９】上記超電導機器側端子は、これを上記真空
容器の上記容器底部に設けるとともに上記超電導機器と
同一温度とすることができる。The superconducting device side terminal can be provided at the bottom of the vacuum vessel and can be at the same temperature as the superconducting device.
【００４０】上記真空容器の容器底部と、上記超電導機
器を浸漬する上記冷媒との間に、冷却伝熱部材を設ける
ことができる。A cooling heat transfer member may be provided between the bottom of the vacuum container and the refrigerant in which the superconducting device is immersed.
【００４１】上記金属製電流リード本体は、上記クライ
オスタット容器の常温側端子から上記冷凍機の第一段冷
却ステージまでを結ぶようにすることができる。The metal current lead body may be connected from the room temperature side terminal of the cryostat container to the first cooling stage of the refrigerator.
【００４２】上記高温超電導体電流リード本体は、上記
冷凍機の第一段冷却ステージから上記超電導機器側端子
までを結ぶようにすることができる。The main body of the high temperature superconductor current lead may be connected from the first cooling stage of the refrigerator to the terminal of the superconducting device.
【００４３】上記高温超電導体電流リード本体は、その
中間部を上記冷凍機の第二段冷却ステージに熱的に接触
させることができる。The intermediate part of the high temperature superconductor current lead body can be brought into thermal contact with the second cooling stage of the refrigerator.
【００４４】上記高温超電導体電流リード本体は、これ
を高温側および低温側において一対とするとともに、こ
の高温側の高温超電導体電流リード本体を上記冷凍機の
第一段冷却ステージと第二段冷却ステージとの間に設
け、かつ低温側の高温超電導体電流リード本体を上記冷
凍機の第二段冷却ステージと上記超電導機器側端子との
間に設けることができる。The high temperature superconductor current lead body is paired on the high temperature side and the low temperature side, and the high temperature superconductor current lead body on the high temperature side is cooled in the first cooling stage and the second stage of the refrigerator. The high temperature superconductor current lead body on the low temperature side, which is provided between the stage and the stage, may be provided between the second cooling stage of the refrigerator and the terminal on the superconducting device side.
【００４５】上記真空容器の上記容器底部は、これを上
記超電導機器の容器に接続することができる。The bottom of the vacuum vessel can be connected to the vessel of the superconducting device.
【００４６】当該超電導機器用電流リードは、これを上
記超電導機器に対して、鉛直方向上部に、あるいは上記
超電導機器に対して、水平方向に並べて配置することが
できる。The current lead for the superconducting device can be arranged vertically above the superconducting device or in the horizontal direction with respect to the superconducting device.
【００４７】上記高温超電導体電流リード本体は、これ
を鉛直方向あるいは水平方向に配置することができる。The high-temperature superconductor current lead body can be arranged vertically or horizontally.
【００４８】上記真空容器の低温側容器中間部の温度を
約１５Ｋとすることができる。上記真空容器の容器底部
の温度を約４Ｋとすることができる。The temperature of the middle part of the low temperature side container of the vacuum container can be set to about 15K. The temperature of the bottom of the vacuum container may be about 4K.
【００４９】[0049]
【作用】本発明による超電導機器用電流リードにおいて
は、真空容器の側壁の高温側容器中間部を冷凍機の第一
段冷却ステージに熱的に接触させずに容器非接触部と
し、第一段冷却ステージには金属製電流リード本体のみ
を熱的に接触させることにより、第一段冷却ステージの
冷却能力をすべて金属製電流リード本体の冷却に使うこ
とができるので、この金属製電流リード本体の通電容量
を大きくしてもその温度を高温超電導体電流リード本体
の臨界温度以下（たとえば７０Ｋ）にすることができ
る。In the current lead for superconducting equipment according to the present invention, the middle part of the high temperature side container of the side wall of the vacuum container is not contacted with the first stage cooling stage of the refrigerator to be the container non-contact part, and the first stage By making only the metal current lead body in thermal contact with the cooling stage, all the cooling capacity of the first cooling stage can be used for cooling the metal current lead body. Even if the current carrying capacity is increased, the temperature can be kept below the critical temperature of the high temperature superconductor current lead body (for example, 70K).
【００５０】また、冷凍機の第二段冷却ステージには高
温超電導体電流リード本体を熱的に接触させ、さらに真
空容器の側壁の容器常温側端部から容器非接触部を介し
て低温側容器中間部において上記第二段冷却ステージに
熱的に接触する。冷凍機の第二段冷却ステージへの侵入
熱のほとんどがこの真空容器の側壁からの侵入熱であ
り、この侵入熱により第二段冷却ステージの温度は１５
Ｋレベルとなる。The main body of the high-temperature superconductor current lead is brought into thermal contact with the second cooling stage of the refrigerator, and further, the side wall of the vacuum vessel is connected to the room temperature side end through the vessel non-contact side to the low temperature side vessel. Thermal contact is made with the second cooling stage at the intermediate portion. Most of the heat entering the second cooling stage of the refrigerator is the heat of entering from the side wall of the vacuum container, and the temperature of the second cooling stage is 15 due to the heat of entering.
It becomes K level.
【００５１】さらに、高温超電導体電流リード本体と超
電導機器との間に超電導機器側端子を接続するととも
に、真空容器の容器底部をＧＭ冷凍機の第二段冷却ステ
ージのさらに低温側における低温端子部として超電導機
器と同一温度（温度４Ｋ）としたので、高温超電導体電
流リード本体ないし超電導機器側端子から超電導機器へ
の温度勾配を理想的にはゼロとすることができ、超電導
機器への侵入熱を抑制することが可能となり、液体ヘリ
ウムの消耗を押さえることができる。Further, the superconducting device side terminal is connected between the high temperature superconducting current lead body and the superconducting device, and the container bottom part of the vacuum container is a low temperature terminal part at a further lower temperature side of the second cooling stage of the GM refrigerator. Since the temperature is the same as that of the superconducting equipment (temperature 4K), the temperature gradient from the high-temperature superconductor current lead body or the terminals on the superconducting equipment side to the superconducting equipment can ideally be zero, and the heat entering the superconducting equipment can be reduced. Can be suppressed, and the consumption of liquid helium can be suppressed.
【００５２】[0052]
【実施例】つぎに本発明の第１の実施例による超電導機
器用電流リードを図面にもとづき説明する。ただし、図
５ないし図８と同様の部分には同一符号を付し、その詳
述はこれを省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a current lead for a superconducting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the same parts as those in FIGS. 5 to 8 are designated by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted.
【００５３】図１は、超電導コイル装置７０の断面図で
あり、その超電導機器用電流リード７１は、ＧＭ冷凍機
３３と、銅材などによる金属製電流リード本体３４と、
高温側接続部７２と、第１の高温超電導体電流リード本
体３５と、中間接続部７３と、第２の高温超電導体電流
リード本体７４と、低温側接続部７５と、超電導コイル
側端子３６と、超電導線材３７と、冷却伝熱部材７６
と、からこれを構成する。なお、正極側および負極側が
あるので、対応部分には同一符号を付し、その一方につ
いてのみ説明する。FIG. 1 is a sectional view of a superconducting coil device 70. The superconducting device current lead 71 includes a GM refrigerator 33, a metal current lead body 34 made of a copper material, and the like.
High temperature side connecting portion 72, first high temperature superconductor current lead body 35, intermediate connecting portion 73, second high temperature superconductor current lead body 74, low temperature side connecting portion 75, and superconducting coil side terminal 36. , Superconducting wire 37 and cooling heat transfer member 76
And, this is constructed from. Since there are a positive electrode side and a negative electrode side, corresponding parts are designated by the same reference numerals, and only one of them will be described.
【００５４】高温側接続部７２は、第１のセラミックス
板３９を介してＧＭ冷凍機３３の第一段冷却ステージ３
３Ａに電気的絶縁を保ったまま熱的に接続させてこれを
冷却する。中間接続部７３は、第２のセラミックス板４
０を介してＧＭ冷凍機３３の第二段冷却ステージ３３Ｂ
に電気的絶縁を保ったまま熱的に接続させてこれを冷却
する。The high temperature side connection portion 72 is connected to the first cooling stage 3 of the GM refrigerator 33 via the first ceramics plate 39.
3A is thermally connected while keeping electrical insulation and cooled. The intermediate connecting portion 73 is used for the second ceramic plate 4
2nd cooling stage 33B of GM refrigerator 33
It is cooled by electrically connecting it to while maintaining electrical insulation.
【００５５】なお、真空容器３２の前記高温側容器中間
部３２Ｂ（図７）に相当する部分はＧＭ冷凍機３３の第
一段冷却ステージ３３Ａに熱的に接触させることなく、
ここを容器非接触部３２Ｄとしてある。The portion of the vacuum container 32 corresponding to the high temperature side container intermediate portion 32B (FIG. 7) is not brought into thermal contact with the first cooling stage 33A of the GM refrigerator 33,
This is the container non-contact portion 32D.
【００５６】真空容器３２の低温側容器中間部３２Ｅを
ＧＭ冷凍機３３の第二段冷却ステージ３３Ｂに熱的に接
触させる。The low temperature side container middle part 32E of the vacuum container 32 is brought into thermal contact with the second cooling stage 33B of the GM refrigerator 33.
【００５７】これらの熱接触においては、電流リード部
分（金属製電流リード本体３４、第１の高温超電導体電
流リード本体３５および第２の高温超電導体電流リード
本体７４など）の熱接触とは異なり、電気的絶縁の必要
はないが、真空気密を取る必要がある。この構成として
は、第二段冷却ステージ３３Ｂと真空容器３２とを溶接
する構成や、金属製のＯリングなどを挿入して締め付け
る構成などがあるが、真空気密が保たれ、かつ熱的接触
が実現されればその他の構成であっても構わない。These thermal contacts are different from the thermal contacts of the current lead portions (such as the metal current lead body 34, the first high temperature superconductor current lead body 35 and the second high temperature superconductor current lead body 74). , No need for electrical insulation, but vacuum tightness is required. This configuration includes a configuration in which the second cooling stage 33B and the vacuum container 32 are welded, a configuration in which a metal O-ring or the like is inserted and tightened, but vacuum airtightness is maintained and thermal contact is maintained. Other configurations may be used as long as they are realized.
【００５８】真空容器３２の前記容器底部３２Ｃ（図
７）に相当する容器底部３２Ｆは、これを低温端子部と
して、第３のセラミックス板７７を介して低温側接続部
７５に熱的に接触させるとともに、冷却伝熱部材７６を
介して液体ヘリウム４と熱的に接触させてある。したが
って、容器底部３２Ｆは超電導コイル２と同一の温度と
なり、この間における温度勾配をきわめて小さくするこ
とができる。A container bottom portion 32F corresponding to the container bottom portion 32C (FIG. 7) of the vacuum container 32 is used as a low temperature terminal portion and is brought into thermal contact with the low temperature side connection portion 75 through the third ceramics plate 77. At the same time, it is in thermal contact with the liquid helium 4 via the cooling heat transfer member 76. Therefore, the container bottom portion 32F has the same temperature as the superconducting coil 2, and the temperature gradient during this can be made extremely small.
【００５９】ただし、真空容器３２の側壁を構成する材
料は、熱伝導率の低いステンレス鋼や繊維強化樹脂材料
（ＦＲＰ）などを用いることによって、低温側容器中間
部３２Ｅへの熱侵入を低減させる必要がある。また、低
温側容器中間部３２Ｅへの侵入熱を低減する構成として
は、薄肉のステンレス鋼などの材料から構成するととも
に、ベローズ型をした真空容器３２側壁を使用すること
により熱侵入経路を物理的に長くする構成などが有効で
ある。However, the side wall of the vacuum container 32 is made of stainless steel or fiber reinforced resin material (FRP) having a low thermal conductivity, so that the heat invasion into the low temperature side container middle portion 32E is reduced. There is a need. Further, as a structure for reducing the heat entering the low temperature side container middle portion 32E, the heat entering path is physically formed by using a material such as thin stainless steel and using a bellows type vacuum container 32 side wall. It is effective to make it long.
【００６０】第１の高温超電導体電流リード本体３５お
よび第２の高温超電導体電流リード本体７４は、たとえ
ばＢｉ系２２２３相焼結体などの酸化物高温超電導体な
どからこれを構成する。The first high-temperature superconductor current lead body 35 and the second high-temperature superconductor current lead body 74 are made of, for example, an oxide high-temperature superconductor such as a Bi-based 2223 phase sintered body.
【００６１】銅材などによる金属製電流リード本体３４
の長さおよび断面積は、熱伝導にもとづく侵入熱および
ジュール熱にもとづく侵入熱の合計が最小となるように
これを設計することができる。なお、たとえば本出願人
による「超電導コイル装置の電流リード」（特願平５−
４１７６１号）などのように、金属製電流リード部の一
部に高温超電導線材を並列に接続することにより金属製
電流リード部からの侵入熱を低減することができる。Metal current lead body 34 made of copper or the like
The length and cross-sectional area of the can be designed such that the sum of the heat of conduction-based and heat of Joule-based heat of penetration is minimal. In addition, for example, “Current Lead of Superconducting Coil Device” by the present applicant (Japanese Patent Application No.
No. 41761), a high-temperature superconducting wire is connected in parallel to a part of the metallic current lead portion, so that heat entering from the metallic current lead portion can be reduced.
【００６２】第２の高温超電導体電流リード本体７４
は、使用される温度域が４〜１５Ｋであり、第１の高温
超電導体電流リード本体３５の使用温度域１５〜７０Ｋ
より低いので、臨界電流密度が第１の高温超電導体電流
リード本体３５より大きくなるため、通電に必要な断面
積は第１の高温超電導体電流リード本体３５より小さく
なる。したがって、第２の高温超電導体電流リード本体
７４が第１の高温超電導体電流リード本体３５と同じ材
料である場合には、その断面積を第１の高温超電導体電
流リード本体３５のものより小さくすることができる。Second high temperature superconductor current lead body 74
Has a temperature range of 4 to 15K, and the first high temperature superconductor current lead body 35 has a temperature range of 15 to 70K.
Since it is lower, the critical current density is larger than that of the first high-temperature superconductor current lead body 35, and thus the cross-sectional area required for energization is smaller than that of the first high-temperature superconductor current lead body 35. Therefore, when the second high temperature superconductor current lead body 74 is made of the same material as the first high temperature superconductor current lead body 35, its cross-sectional area is smaller than that of the first high temperature superconductor current lead body 35. can do.
【００６３】なお本実施例では、第１の高温超電導体電
流リード本体３５および第２の高温超電導体電流リード
本体７４を直列に接続した構成となっているが、これら
を１本の高温超電導体電流リード本体に置き換えること
もできる。この場合に、その高温側端部をＧＭ冷凍機３
３の第一段冷却ステージ３３Ａに、その中間部を第二段
冷却ステージ３３Ｂに、そして低温側端部を超電導コイ
ル側端子３６にそれぞれ接続する。In this embodiment, the first high-temperature superconductor current lead body 35 and the second high-temperature superconductor current lead body 74 are connected in series. However, these are combined into one high-temperature superconductor. It can also be replaced with the current lead body. In this case, the high temperature side end of the GM refrigerator 3
3, the intermediate portion thereof is connected to the second cooling stage 33B, and the low temperature side end portion thereof is connected to the superconducting coil side terminal 36, respectively.
【００６４】また、上記１本の高温超電導体電流リード
本体については、第二段冷却ステージ３３Ｂと超電導コ
イル側端子３６との間を結ぶ部分の断面積を、第一段冷
却ステージ３３Ａと第二段冷却ステージ３３Ｂとを結ぶ
部分の断面積より小さくなるような形状とすることがで
きる。Further, regarding the above-mentioned one high-temperature superconductor current lead main body, the cross-sectional area of the portion connecting the second-stage cooling stage 33B and the superconducting coil-side terminal 36 is the same as that of the first-stage cooling stage 33A. The shape may be smaller than the cross-sectional area of the portion connecting with the stage cooling stage 33B.
【００６５】超電導コイル側端子３６は、銅などの電気
伝導度の高い金属材料でこれを構成し、その形状とくに
その断面積および長さは通電時のジュール発熱をできる
だけ小さくするように決定する。また、超電導コイル側
端子３６部分にＮｂＴｉ超電導線材や銀シースＢｉ系超
電導線材など（図示せず）を並列に接続することができ
る。The superconducting coil side terminal 36 is made of a metal material having a high electric conductivity such as copper, and its shape, especially its cross-sectional area and length, is determined so as to minimize Joule heat generation during energization. Further, an NbTi superconducting wire, a silver sheath Bi-based superconducting wire, or the like (not shown) can be connected in parallel to the superconducting coil side terminal 36 portion.
【００６６】真空容器３２の容器底部３２Ｆを液体ヘリ
ウム４に直接漬けることによって（図１中仮想線による
液面を参照）、あるいはこうした直接的な浸漬構成とと
もに容器底部３２Ｆに前記冷却伝熱部材７６を取り付け
ることにより、超電導コイル２を冷却する液体ヘリウム
４により容器底部３２Ｆを冷却する。By directly immersing the container bottom 32F of the vacuum container 32 in the liquid helium 4 (see the liquid surface by the phantom line in FIG. 1), or with such a direct immersion structure, the cooling heat transfer member 76 is provided on the container bottom 32F. Is attached to cool the container bottom 32F with liquid helium 4 that cools the superconducting coil 2.
【００６７】冷却伝熱部材７６は、銅や銀などの良熱伝
導材料によりこれを構成し、その一方の端部を液体ヘリ
ウム４に浸漬し、その他法の端部を容器底部３２Ｆに熱
的に接触させる。したがって、液体ヘリウム４が蒸発に
より減少しても、残存する液体ヘリウム４と容器底部３
２Ｆとの熱的接触状態を維持することができる。The cooling heat transfer member 76 is made of a good heat conductive material such as copper or silver. One end of the cooling heat transfer member 76 is immersed in liquid helium 4, and the other end is thermally transferred to the container bottom 32F. Contact. Therefore, even if the liquid helium 4 is reduced by evaporation, the remaining liquid helium 4 and the container bottom 3
The thermal contact state with 2F can be maintained.
【００６８】なお、超電導コイル側端子３６が液体ヘリ
ウム４などの冷媒によって直接冷却されない場合には、
超電導線材３７を銅などの良導体製の熱伝導部材と超電
導線材との複合体とし、この超電導線材３７により超電
導コイル側端子３６と超電導コイル２との間を接続す
る。If the superconducting coil side terminal 36 is not directly cooled by a coolant such as liquid helium 4,
The superconducting wire 37 is a composite of a heat conducting member made of a good conductor such as copper and the superconducting wire, and the superconducting wire 37 connects between the superconducting coil side terminal 36 and the superconducting coil 2.
【００６９】こうした構成の超電導機器用電流リード７
１を用いた超電導コイル装置７０において、ＧＭ冷凍機
３３の仕様、真空容器３２側壁の材質や形状、各電流リ
ード部分の仕様（定格通電電流値など）その他によって
異なるが、ＧＭ冷凍機を用いて電流値４００Ａクラスの
超電導機器用電流リード７１を作った場合、第一段冷却
ステージ３３Ａの温度を第１の高温超電導体電流リード
本体３５の臨界温度以下のたとえば７０Ｋ、第二段冷却
ステージ３３Ｂを１５Ｋ程度とすることができ、超電導
コイル側端子３６は容器底部３２Ｆとともに液体ヘリウ
ム４によって冷却され、温度４Ｋ近くにまで冷却され
る。The current lead 7 for superconducting equipment having such a configuration
In the superconducting coil device 70 using No. 1, although it depends on the specifications of the GM refrigerator 33, the material and shape of the side wall of the vacuum container 32, the specifications of each current lead portion (rated current value, etc.), etc. When the current lead 71 for a superconducting device having a current value of 400 A is made, the temperature of the first stage cooling stage 33A is set to, for example, 70 K below the critical temperature of the first high temperature superconductor current lead body 35, and the second stage cooling stage 33B. The temperature can be set to about 15K, and the superconducting coil side terminal 36 is cooled by the liquid helium 4 together with the container bottom portion 32F, and is cooled to a temperature close to 4K.
【００７０】したがって、第１の高温超電導体電流リー
ド本体３５の両端部の温度は、それぞれ第一段冷却ステ
ージ３３Ａおよび第二段冷却ステージ３３Ｂと同程度と
なるのでともに臨界温度温度以下となり、第１の高温超
電導体電流リード本体３５は超電導状態となる。Therefore, the temperatures at both ends of the first high-temperature superconductor current lead body 35 are about the same as those of the first cooling stage 33A and the second cooling stage 33B, respectively, and both are below the critical temperature temperature. The high-temperature superconductor current lead body 35 of No. 1 is in a superconducting state.
【００７１】また、第２の高温超電導体電流リード本体
７４の両端部の温度は、それぞれ第二段冷却ステージ３
３Ｂおよび超電導コイル側端子３６と同程度の温度（７
〜４Ｋ）になるのでともに臨界温度以下となり、第２の
高温超電導体電流リード本体７４も超電導状態となる。The temperatures at both ends of the second high temperature superconductor current lead body 74 are the same as those of the second cooling stage 3 respectively.
3B and the superconducting coil side terminal 36, the same temperature (7
.About.4K), both are below the critical temperature, and the second high temperature superconductor current lead body 74 is also in the superconducting state.
【００７２】同様にして、真空容器３２もＧＭ冷凍機３
３により冷却されるので、その温度も容器常温側端部３
２Ａから徐々に低くなり、第二段冷却ステージ３３Ｂと
熱的に接触させた低温側容器中間部３２Ｅにおいて第二
段冷却ステージ３３Ｂと同じ温度（１５Ｋ）になる。Similarly, the vacuum container 32 is also used for the GM refrigerator 3.
Since it is cooled by 3, the temperature of the container 3
The temperature gradually decreases from 2A and reaches the same temperature (15K) as that of the second cooling stage 33B in the low temperature side container intermediate portion 32E that is in thermal contact with the second cooling stage 33B.
【００７３】ところで、超電導コイル側端子３６への侵
入熱量は、ふたつの経路を通した熱伝導と、通電時の端
子部におけるジュール発熱とによって決定される。すな
わち第一の熱伝導経路は、第２の高温超電導体電流リー
ド本体７４を通してのもので、温度約１５Ｋのレベルの
第２の高温超電導体電流リード本体７４の中間接続部７
３から温度４Ｋレベルにある低温側接続部７５への熱伝
導経路である。By the way, the amount of heat entering the superconducting coil side terminal 36 is determined by the heat conduction through the two paths and the Joule heat generation at the terminal portion when energized. That is, the first heat conduction path is through the second high-temperature superconductor current lead main body 74, and the intermediate connection portion 7 of the second high-temperature superconductor current lead main body 74 at the temperature level of about 15K is used.
It is a heat conduction path from 3 to the low temperature side connecting portion 75 at the temperature 4K level.
【００７４】第２の高温超電導体電流リード本体７４と
して、断面積Ｓ＝０．５ｃｍ2、長さＬ＝５．０ｃｍの
Ｂｉ系２２２３相焼結体を用いた場合の侵入熱量の概算
を以下に示す。図２は、Ｂｉ系２２２３相焼結体および
ステンレス鋼に関する熱伝導率の積分値の実測値を示す
グラフである（ステンレス鋼についての出典は低温工学
ハンドブック；低温工学協会編、Ｐ５８３であり、Ｂｉ
系２２２３相焼結体については本出願人による実測値で
ある）。このグラフを用いて、上記寸法の第２の高温超
電導体電流リード本体７４の正負極２本分の温度１５Ｋ
から４Ｋまでの侵入熱量Ｑ１を計算すると、侵入熱量Ｑ
１＝（２Ｓ／Ｌ）・（熱伝導率の積分値）であり、Ｂｉ
系２２２３相焼結体について温度１５Ｋから４Ｋまでの
熱伝導率の積分値はグラフから約５×１０-2であるか
ら、Ｑ１＝（２×０．５／５）×５×１０-2＝約１０ｍ
Ｗとなる。The following is a rough calculation of the amount of heat entering when a Bi-based 2223 phase sintered body having a cross-sectional area S = 0.5 cm 2 and a length L = 5.0 cm is used as the second high-temperature superconductor current lead body 74. Shown in. FIG. 2 is a graph showing the measured values of the integrated values of the thermal conductivity of the Bi-based 2223 phase sintered body and the stainless steel (the source of the stainless steel is the Low Temperature Engineering Handbook; Low Temperature Engineering Association, P583, Bi.
For the 2223 phase sintered body, it is the actual measurement value by the applicant). Using this graph, the temperature of two positive and negative electrodes of the second high-temperature superconductor current lead main body 74 having the above-mentioned dimensions is 15K.
Calculate the intrusion heat quantity Q1 from 1 to 4K
1 = (2S / L) * (integral value of thermal conductivity), and Bi
Since the integrated value of the thermal conductivity from the temperature of 2K to 4K for the system 2223 phase sintered body is about 5 × 10 -2 from the graph, Q1 = (2 × 0.5 / 5) × 5 × 10 -2 = About 10m
W.
【００７５】第二の熱伝導経路は、真空容器３２の低温
側容器中間部３２Ｅから容器底部３２Ｆまでの熱伝導経
路である。低温側容器中間部３２Ｅは、上述のように温
度１５Ｋであり、容器底部３２Ｆは約４Ｋである。The second heat conduction path is a heat conduction path from the low temperature side container middle portion 32E of the vacuum container 32 to the container bottom portion 32F. The low temperature side container middle part 32E has a temperature of 15K as described above, and the container bottom part 32F has a temperature of about 4K.
【００７６】真空容器３２を肉厚０．０８ｃｍ、内径１
５．０ｃｍ、長さ９．５ｃｍ、したがって断面積３．８
ｃｍ2のステンレス鋼製の筒体から形成した場合の侵入
熱量Ｑ２は、上記Ｑ１の場合と同様に図２に示すグラフ
から熱伝導率の積分値のデータを用いて計算すると、ス
テンレス鋼について温度１５Ｋから４Ｋまでの熱伝導率
の積分値はグラフから約８×１０-2であるから、Ｑ２＝
（３．８／９．５）×８×１０-2＝約３２ｍＷとなる。The vacuum vessel 32 has a wall thickness of 0.08 cm and an inner diameter of 1
5.0 cm, length 9.5 cm, therefore cross section 3.8
When the amount of heat of penetration Q2 when formed from a stainless steel cylinder of cm 2 is calculated using the integrated thermal conductivity data from the graph shown in FIG. The integrated value of thermal conductivity from 15K to 4K is about 8 × 10 -2 from the graph, so Q2 =
(3.8 / 9.5) × 8 × 10 −2 = about 32 mW.
【００７７】したがって、第２の高温超電導体電流リー
ド本体７４および真空容器３２を介した熱伝導による超
電導コイル側端子３６への侵入熱量の合計は、約４２ｍ
Ｗ（１０＋３２）となる。Therefore, the total amount of heat entering the superconducting coil side terminal 36 by heat conduction through the second high temperature superconductor current lead main body 74 and the vacuum container 32 is about 42 m.
It becomes W (10 + 32).
【００７８】一方、上記通電時のジュール発熱について
は、超電導コイル側端子３６として超電導線材およびこ
れを囲む良導体材料を並列化することにより、接続部分
の抵抗によるものだけにすることができ、５０ｍＷ程度
にすることができる。On the other hand, with respect to Joule heat generation during energization, by superposing a superconducting wire and a good conductor material surrounding it as the superconducting coil side terminal 36, only those due to the resistance of the connecting portion can be used. Can be
【００７９】したがって、第２の高温超電導体電流リー
ド本体７４および真空容器３２から超電導コイル側端子
３６への侵入熱量の総合計は、４２＋５０＝９２ｍＷと
なる。Therefore, the total amount of heat entering from the second high temperature superconductor current lead body 74 and the vacuum container 32 to the superconducting coil side terminal 36 is 42 + 50 = 92 mW.
【００８０】さて、従来型のガス冷却型の銅製電流リー
ド６（図５を参照）の侵入熱量は電流１０００Ａあた
り、１Ｗになるといわれており、４００Ａクラスの電流
リード一対では０．８Ｗとなるので、本発明による超電
導機器用電流リード７１はその約９分の１の侵入熱量
（９２ｍＷ）になることが分かる。It is said that the amount of heat entering the conventional gas-cooled copper current lead 6 (see FIG. 5) is 1 W per 1000 A of current, and 0.8 W for a pair of 400 A class current leads. It can be seen that the current lead 71 for superconducting equipment according to the present invention has an intrusion heat amount (92 mW) which is about 1/9 of that.
【００８１】なお、超電導機器用電流リード７１におい
ては、超電導コイル２との間を接続する超電導線材３７
を取り付ける端子（超電導コイル側端子３６）に外力が
加わっても、酸化物超電導体製の第２の高温超電導体電
流リード本体７４には力が加わらないので、機械的強度
が低い酸化物超電導体を用いた場合でもその破損の心配
がない。In the current lead 71 for superconducting equipment, the superconducting wire 37 connecting between the superconducting coil 2 and the superconducting coil 2 is used.
Even if an external force is applied to the terminal (the superconducting coil side terminal 36) to which is attached, no force is applied to the second high temperature superconductor current lead body 74 made of an oxide superconductor, so that the oxide superconductor having a low mechanical strength is used. Even when using, there is no concern about its damage.
【００８２】つぎに本発明においては、上述した第１の
実施例の場合のように、高温超電導体電流リード本体３
５、７４を鉛直方向に配置して、超電導コイル２などの
超電導機器に対して超電導機器用電流リード７１を鉛直
方向上部に配置することもできるが、たとえば図３およ
び図４に示すように、超電導コイル２に対して真空容器
３２を水平方向に並べて配置することにより容器底部３
２Ｆを液体ヘリウム４の容器の側壁や底部に取り付けた
構造とすることができる。Next, in the present invention, as in the case of the first embodiment described above, the high temperature superconductor current lead body 3
5, 74 may be arranged in the vertical direction, and the superconducting device current lead 71 may be arranged vertically above the superconducting device such as the superconducting coil 2. However, as shown in FIGS. 3 and 4, for example, By arranging the vacuum containers 32 horizontally with respect to the superconducting coil 2, the container bottom 3
The structure in which 2F is attached to the side wall or the bottom of the container of liquid helium 4 can be adopted.
【００８３】すなわち図３は、本発明の第２の実施例に
よる超電導機器用電流リード８１を用いた超電導コイル
装置８０の断面図であって、この超電導コイル装置８０
は、クライオスタット容器３１内に真空容器３２および
コイル容器３を互いに左右横位置に置いたもので、コイ
ル容器３の側壁から超電導コイル側端子３６をコイル容
器３内に突出させている。That is, FIG. 3 is a sectional view of a superconducting coil device 80 using a current lead 81 for superconducting equipment according to a second embodiment of the present invention.
Is a cryostat container 31 in which a vacuum container 32 and a coil container 3 are placed laterally relative to each other, and a superconducting coil-side terminal 36 projects from the side wall of the coil container 3 into the coil container 3.
【００８４】超電導機器用電流リード８１は、前記超電
導機器用電流リード７１と事実上基本的構造は同様であ
るが、前記高温超電導体電流リード本体３５、７３を水
平方向に配置するとともに、冷却伝熱部材７６を設けず
に、真空容器３２の容器底部３２Ｆをコイル容器３の液
体ヘリウム４に熱的に接触させてある。The current lead 81 for superconducting equipment has basically the same structure as the current lead 71 for superconducting equipment, but the high temperature superconductor current lead bodies 35, 73 are arranged horizontally and the The container bottom portion 32 </ b> F of the vacuum container 32 is brought into thermal contact with the liquid helium 4 of the coil container 3 without providing the heat member 76.
【００８５】こうした構成の超電導機器用電流リード８
１を用いた超電導コイル装置８０においては、真空容器
３２の容器底部３２Ｆをコイル容器３の液体ヘリウム４
に熱的にかつ直接に接触させてあるため、この容器底部
３２Ｆを超電導コイル２と同一温度に維持することが比
較的容易である。The current lead 8 for superconducting equipment having such a structure
In the superconducting coil device 80 using 1, the container bottom 32F of the vacuum container 32 is connected to the liquid helium 4 of the coil container 3.
It is relatively easy to maintain the container bottom portion 32F at the same temperature as the superconducting coil 2 because it is in thermal and direct contact with the superconducting coil 2.
【００８６】図４は、他の構成の超電導コイル装置９０
の断面図であって、この超電導コイル装置９０において
は、上記超電導機器用電流リード８１を縦方向に用いる
とともに、真空容器３２をコイル容器３の横でかつ液体
ヘリウム４の液面より下方において容器底部３２Ｆを液
体ヘリウム４に熱的に接触させている。FIG. 4 shows a superconducting coil device 90 having another structure.
In the superconducting coil device 90, the superconducting device current lead 81 is used in the vertical direction, and the vacuum container 32 is disposed next to the coil container 3 and below the liquid surface of the liquid helium 4. The bottom 32F is in thermal contact with the liquid helium 4.
【００８７】すなわち、超電導コイル装置８０と同様に
クライオスタット容器３１内に真空容器３２およびコイ
ル容器３を互いに左右横に置いたもので、コイル容器３
の底面部から超電導コイル側端子３６をコイル容器３内
に突出させている。That is, as in the superconducting coil device 80, the vacuum container 32 and the coil container 3 are placed in the cryostat container 31 on the left and right sides of each other.
The superconducting coil side terminal 36 is projected into the coil container 3 from the bottom surface part of the.
【００８８】こうした構成の超電導コイル装置９０にお
いては、真空容器３２の容器底部３２Ｆをコイル容器３
の液体ヘリウム４の液面よりはるかに下方に位置させる
ことができるため、液体ヘリウム４の蒸発による消耗が
あっても、容器底部３２Ｆを超電導コイル２と同一温度
に維持することが比較的容易である。In the superconducting coil device 90 having such a structure, the container bottom 32F of the vacuum container 32 is connected to the coil container 3
Since it can be positioned much lower than the liquid surface of the liquid helium 4, the container bottom 32F is relatively easy to maintain the same temperature as the superconducting coil 2 even if the liquid helium 4 is consumed by evaporation. is there.
【００８９】なお、本発明による高温超電導体電流リー
ドによって電流を供給される超電導機器としては、上述
のような液体ヘリウム内に浸漬冷却された超電導コイル
のほかに、冷凍機によって伝導冷却された超電導コイル
などもある。In addition to the superconducting coil that is immersed and cooled in liquid helium as described above, the superconducting device that is supplied with current by the high-temperature superconductor current lead according to the present invention is a superconducting device that is conduction-cooled by a refrigerator. There is also a coil.
【００９０】[0090]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＧＭ冷凍
機の第一段冷却ステージおよび第二段冷却ステージによ
る冷却機能に加えて、第二段冷却ステージのさらに別段
に容器底部を形成し、この容器底部部分を液体ヘリウム
により直接あるいは超電導線材などにより間接的に温度
４Ｋ付近に冷却可能とするとともに、真空容器の容器非
接触部部分を形成することとしたので、高温超電導体電
流リードを通しての外部からの侵入熱を極力低減するこ
とができ、高価な液体ヘリウムの消耗を効率的に抑える
ことができる。As described above, according to the present invention, in addition to the cooling function of the first cooling stage and the second cooling stage of the GM refrigerator, the bottom of the container is formed in another stage of the second cooling stage. The bottom of the container can be cooled to a temperature of around 4K directly with liquid helium or indirectly with a superconducting wire, and the container non-contact part of the vacuum container is formed. It is possible to minimize the heat entering from the outside through the through, and it is possible to efficiently suppress the consumption of expensive liquid helium.
【００９１】[0091]
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の第１の実施例による超電導機器用電流
リード７１を用いた超電導コイル装置７０の断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view of a superconducting coil device 70 using a current lead 71 for a superconducting device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同、Ｂｉ系２２２３相焼結体およびステンレス
鋼に関する熱伝導率の積分値の実測値を示すグラフであ
る。FIG. 2 is a graph showing an actually measured value of an integrated value of thermal conductivity regarding a Bi-based 2223 phase sintered body and stainless steel.
【図３】本発明の第２の実施例による超電導機器用電流
リード８１を用いた超電導コイル装置８０の断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view of a superconducting coil device 80 using a current lead 81 for a superconducting device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】同、超電導機器用電流リード８１を用いた他の
構成の超電導コイル装置９０の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a superconducting coil device 90 of another configuration using the current lead 81 for superconducting equipment.
【図５】従来の銅製電流リード６を用いた超電導機器た
とえば超電導コイル装置１の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a superconducting device such as superconducting coil device 1 using a conventional copper current lead 6.
【図６】従来の液体窒素温度（７７Ｋ）以上の臨界温度
を有する高温超電導材料を採用した電流リード１７を用
いた他の超電導コイル装置１３の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of another superconducting coil device 13 using a current lead 17 using a high-temperature superconducting material having a critical temperature of liquid nitrogen temperature (77K) or higher.
【図７】従来の他の構成の超電導コイル装置３０の断面
図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of another conventional superconducting coil device 30.
【図８】従来のさらに他の構成の超電導コイル装置５０
の断面図である。FIG. 8 is a conventional superconducting coil device 50 having still another configuration.
FIG.
１ 超電導コイル装置（超電導機器） ２ 超電導コイル ３ コイル容器（液体ヘリウム容器） ４ 液体ヘリウム（冷媒） ５ クライオスタット容器（断熱真空容器） ６ 銅材からなるガス冷却型の電流リード ７ 外部電源装置 ８ 電源側接続線 ９ 蒸発管 １０ 超電導コイル側端子 １１ 常温側端子 １２ ヘリウムガス １３ 超電導コイル装置 １４ 銅材などによる金属製電流リード本体 １５ 中間接続部 １６ 高温超電導体電流リード本体 １７ 電流リード １８ 窒素ガス蒸発管 １９ 液体窒素 ２０ 液体窒素容器 ２１ ヘリウムガス蒸発管 ２２ 窒素ガス ３０ 超電導コイル装置 ３１ クライオスタット容器 ３２ 真空容器 ３２Ａ 真空容器３２の容器常温側端部 ３２Ｂ 真空容器３２の高温側容器中間部 ３２Ｃ 真空容器３２の容器底部 ３２Ｄ 真空容器３２の容器非接触部 ３２Ｅ 真空容器３２の低温側容器中間部 ３２Ｆ 真空容器３２の容器底部（低温端子部） ３３ ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍機） ３３Ａ ＧＭ冷凍機３３の第一段冷却ステージ ３３Ｂ ＧＭ冷凍機３３の第二段冷却ステージ ３４ 銅材などによる金属製電流リード本体 ３５ 高温超電導体電流リード本体（第１の高温超電導
体電流リード本体） ３６ 超電導コイル側端子（超電導機器側端子） ３７ 超電導線材 ３８ 蓋部材 ３９ 第１のセラミックス板 ４０ 第２のセラミックス板 ４１ 電流リード ５０ 超電導コイル装置 ５１ 高温超電導体電流リード ５２ 銅材などによる金属製電流リード本体 ５３ 中間接続部 ５４ 高温超電導体電流リード本体 ５５ 低温側接続部 ５６ 第一段サーマルアンカー部材 ５７ 第二段サーマルアンカー部材 ５８ アンカー側超電導線材 ５９ 酸化物超電導体などによる超電導体電流リード ６０ コイル側超電導線材 ６１ 断熱材容器 ６２ 開口部 ６３ 内部空間 ７０ 超電導コイル装置（超電導機器） ７１ 超電導機器用電流リード ７２ 高温側接続部 ７３ 中間接続部 ７４ 第２の高温超電導体電流リード本体 ７５ 低温側接続部 ７６ 冷却伝熱部材 ７７ 第３のセラミックス板 ８０ 超電導コイル装置（超電導機器） ８１ 超電導機器用電流リード ９０ 超電導コイル装置（超電導機器）1 superconducting coil device (superconducting device) 2 superconducting coil 3 coil container (liquid helium container) 4 liquid helium (refrigerant) 5 cryostat container (adiabatic vacuum container) 6 gas-cooled current lead made of copper material 7 external power supply device 8 power supply Side connection line 9 Evaporation tube 10 Superconducting coil side terminal 11 Room temperature side terminal 12 Helium gas 13 Superconducting coil device 14 Metal current lead body made of copper material 15 Intermediate connection section 16 High temperature superconductor current lead body 17 Current lead 18 Nitrogen gas evaporation Tube 19 Liquid nitrogen 20 Liquid nitrogen container 21 Helium gas evaporation pipe 22 Nitrogen gas 30 Superconducting coil device 31 Cryostat container 32 Vacuum container 32A Container room temperature side end of vacuum container 32 32B High temperature side container middle part 32C Vacuum container 32 Container bottom 32D vacuum container 3 Container non-contact part 32E Low temperature side container middle part of vacuum container 32 32F Container bottom part (low temperature terminal part) of vacuum container 32 33 GM refrigerator (Gifford McMahon refrigerator) 33A First stage cooling stage of GM refrigerator 33 33B Second cooling stage of GM refrigerator 33 Metal current lead body made of copper or the like 35 High temperature superconductor current lead body (first high temperature superconductor current lead body) 36 Superconducting coil side terminal (superconducting device side terminal) 37 Superconducting wire 38 Cover member 39 First ceramic plate 40 Second ceramic plate 41 Current lead 50 Superconducting coil device 51 High temperature superconductor current lead 52 Metal current lead body 53 made of copper or the like 53 Intermediate connection portion 54 High temperature superconductor current lead Main body 55 Low temperature side connection 56 First stage thermal anchor member 57 Second stage service Maru anchor member 58 Anchor-side superconducting wire 59 Superconducting current lead made of oxide superconductor 60 Coil-side superconducting wire 61 Heat insulation container 62 Opening 63 Internal space 70 Superconducting coil device 71 Superconducting device current lead 72 High temperature Side connection part 73 Intermediate connection part 74 Second high temperature superconductor current lead body 75 Low temperature side connection part 76 Cooling heat transfer member 77 Third ceramic plate 80 Superconducting coil device (superconducting device) 81 Current lead for superconducting device 90 Superconducting coil Equipment (superconducting equipment)
フロントページの続き (72)発明者 坪井 時雄 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚研究所内Continued Front Page (72) Inventor Tokio Tsuboi 63-30 Yuhigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hiratsuka Laboratory
Claims (16)
に浸漬した超電導機器と、クライオスタット容器の外部
に配置した外部電源装置とを電気的に接続するための超
電導機器用電流リードであって、 前記超電導機器と前記外部電源装置との間に配置した冷
凍機と、 前記外部電源装置に接続するとともにこの冷凍機の第一
段冷却ステージに熱的に接触させた金属製電流リード本
体と、 この金属製電流リード本体に直列に接続するとともに前
記冷凍機の第二段冷却ステージに熱的に接触させた高温
超電導体電流リード本体と、 この高温超電導体電流リード本体と前記超電導機器との
間に直列に接続する超電導機器側端子と、 前記金属製電流リード本体および前記高温超電導体電流
リード本体、ならびに前記冷凍機の少なくとも第一段冷
却ステージおよび第二段冷却ステージを覆うとともに前
記クライオスタット容器内に設けた真空容器と、を有す
るとともに、 この真空容器の側壁の低温側容器中間部を前記冷凍機の
第二段冷却ステージに熱的に接触させ、 この低温側容器中間部より高温側の高温側容器中間部
は、これを前記冷凍機の第一段冷却ステージに熱的に接
触させずに容器非接触部とし、かつ前記真空容器の容器
底部は、これを前記超電導機器と同一温度とすることを
特徴とする超電導機器用電流リード。1. A current lead for a superconducting device for electrically connecting a superconducting device immersed in a refrigerant in a cryostat container and an external power supply device arranged outside the cryostat container, wherein the superconducting device and the superconducting device are connected to each other. A refrigerator arranged between the external power supply device, a metal current lead body connected to the external power supply device and in thermal contact with the first cooling stage of the refrigerator, and the metal current lead body A high temperature superconductor current lead body connected in series to the second cooling stage of the refrigerator, and a superconductor connected in series between the high temperature superconductor current lead body and the superconducting device. Equipment-side terminals, the metal current lead body, the high-temperature superconductor current lead body, and at least the first-stage cooling stay of the refrigerator And a vacuum container provided inside the cryostat container while covering the second cooling stage, and the middle part of the low temperature side container of the side wall of the vacuum container is in thermal contact with the second cooling stage of the refrigerator. The middle part of the high temperature side, which is on the higher temperature side than the middle part of the low temperature side, serves as a container non-contact part without thermally contacting the first side cooling stage of the refrigerator, and the container of the vacuum container A current lead for a superconducting device, characterized in that the bottom has the same temperature as that of the superconducting device.
導機器を浸漬する前記冷媒に浸漬したことを特徴とする
請求項１記載の超電導機器用電流リード。2. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the bottom of the vacuum container is immersed in the refrigerant in which the superconducting device is immersed.
導機器を浸漬する前記冷媒に接触させたことを特徴とす
る請求項１記載の超電導機器用電流リード。3. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the bottom of the vacuum container is brought into contact with the coolant in which the superconducting device is immersed.
真空容器の前記容器底部に設けるとともに前記超電導機
器と同一温度とすることを特徴とする請求項１記載の超
電導機器用電流リード。4. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the superconducting device side terminal is provided at the bottom of the vacuum container and has the same temperature as the superconducting device.
導機器を浸漬する前記冷媒との間に、冷却伝熱部材を設
けたことを特徴とする請求項１記載の超電導機器用電流
リード。5. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein a cooling heat transfer member is provided between the bottom of the vacuum container and the refrigerant in which the superconducting device is immersed.
ライオスタット容器の常温側端子から前記冷凍機の第一
段冷却ステージまでを結ぶことを特徴とする請求項１記
載の超電導機器用電流リード。6. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the metal current lead body connects from a room temperature side terminal of the cryostat container to a first cooling stage of the refrigerator.
前記冷凍機の第一段冷却ステージから前記超電導機器側
端子までを結ぶことを特徴とする請求項１記載の超電導
機器用電流リード。7. The high temperature superconductor current lead body comprises:
The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein a first cooling stage of the refrigerator is connected to a terminal on the superconducting device side.
その中間部を前記冷凍機の第二段冷却ステージに熱的に
接触させたことを特徴とする請求項１記載の超電導機器
用電流リード。8. The high temperature superconductor current lead body comprises:
The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein an intermediate portion thereof is thermally contacted with a second cooling stage of the refrigerator.
これを高温側および低温側において一対とするととも
に、 この高温側の高温超電導体電流リード本体を前記冷凍機
の第一段冷却ステージと第二段冷却ステージとの間に設
け、かつ低温側の高温超電導体電流リード本体を前記冷
凍機の第二段冷却ステージと前記超電導機器側端子との
間に設けたことを特徴とする請求項１記載の超電導機器
用電流リード。9. The high temperature superconductor current lead body comprises:
This is paired on the high temperature side and the low temperature side, and the high temperature superconductor current lead body on the high temperature side is provided between the first cooling stage and the second cooling stage of the refrigerator, and the high temperature on the low temperature side is high. The current lead for superconducting equipment according to claim 1, wherein a superconductor current lead body is provided between the second cooling stage of the refrigerator and the terminal on the superconducting equipment side.
れを前記超電導機器の容器に接続したことを特徴とする
請求項１記載の超電導機器用電流リード。10. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the container bottom portion of the vacuum container is connected to the container of the superconducting device.
上部に配置したことを特徴とする請求項１記載の超電導
機器用電流リード。11. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the current lead is arranged vertically above the superconducting device.
に並べて配置したことを特徴とする請求項１記載の超電
導機器用電流リード。12. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the current leads are arranged side by side in the horizontal direction with respect to the superconducting device.
は、これを鉛直方向に配置したことを特徴とする請求項
１記載の超電導機器用電流リード。13. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the high-temperature superconductor current lead body is arranged in a vertical direction.
は、これを水平方向に配置したことを特徴とする請求項
１記載の超電導機器用電流リード。14. The current lead for superconducting equipment according to claim 1, wherein the high-temperature superconductor current lead body is arranged horizontally.
温度を約１５Ｋとしたことを特徴とする請求項１記載の
超電導機器用電流リード。15. The current lead for a superconducting device according to claim 1, wherein the temperature of the middle portion of the low temperature side container of the vacuum container is about 15K.
４Ｋとしたことを特徴とする請求項１記載の超電導機器
用電流リード。16. The current lead for superconducting equipment according to claim 1, wherein the temperature of the bottom of the vacuum vessel is about 4K.
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1994
- 1994-04-20 JP JP6104385A patent/JP2952552B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2952552B2 (en) | 1999-09-27 |
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