JPH07335422A - Current lead for superconductive device - Google Patents

Current lead for superconductive device

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Publication number
JPH07335422A
JPH07335422A JP12853994A JP12853994A JPH07335422A JP H07335422 A JPH07335422 A JP H07335422A JP 12853994 A JP12853994 A JP 12853994A JP 12853994 A JP12853994 A JP 12853994A JP H07335422 A JPH07335422 A JP H07335422A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe
conductor
metal member
thermal anchor
current lead
Prior art date
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Pending
Application number
JP12853994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tokuaki Hino
徳昭 日野
Hiroyuki Watanabe
洋之 渡▲邊▼
Toshio Saito
敏雄 齋藤
Masayuki Shibata
将之 柴田
Kenichi Hattori
憲一 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP12853994A priority Critical patent/JPH07335422A/en
Publication of JPH07335422A publication Critical patent/JPH07335422A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To eliminate a manufacturing step such as a step to make a new outer bypass. CONSTITUTION:A superconducting current lead is composed of a bar lead conductor 1 and a pipe 2 in larger diameter than the conductor to pass herium between them. Besides, a thermal anchor 18 using a liquid nitrogen is provided on a part of the current lead 1, the pipe 2 is covered with a metallic member 6 so that liquid nitrogen running from a liquid nitrogen piping 5a to 5b may be circulated between another metallic member 4 to cool down the pipe 2. On the other hand, the inside part of the current lead increasing the thickness of the lead conductor 1 is made closely adhere to the pipe 2 through the intermediary of an insulating material 3, besides, a vent hole 8 is provided as a path of helium to the thermal anchor part 18.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はMRI装置等、長時間運
転されるため熱の侵入が少ないことを要求される超電導
装置用電流リードの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a current lead for a superconducting device, which is required to have little heat intrusion because it is operated for a long time such as an MRI device.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導装置は主に実験室内で利用されて
いたため、長時間運転の場合には高価な液体ヘリウムを
大量に消費し、膨大なコストをかけて実験されていた。
しかし、近年、MRI装置等、超電導磁石の製品化によ
って、超電導技術も低コスト化が要求されている。その
ため、超電導装置を電源から切り離して永久電流モード
で使用される機会が増えた。これらの装置では、運転中
に取り扱いの繁雑な液体ヘリウムを外部から供給できな
いので、長時間連続運転のためには液体ヘリウム蒸発量
の低減が必要になってきている。
2. Description of the Related Art Since a superconducting device is mainly used in a laboratory, it consumes a large amount of expensive liquid helium when it is operated for a long time, and it has been experimented at a huge cost.
However, in recent years, due to the commercialization of superconducting magnets such as MRI devices, cost reduction is also required for superconducting technology. As a result, there is more opportunity for the superconducting device to be disconnected from the power supply and used in persistent current mode. In these devices, liquid helium, which is cumbersome to handle, cannot be supplied from the outside during operation, so it is necessary to reduce the evaporation amount of liquid helium for long-term continuous operation.

【0003】超電導装置では、液体ヘリウムに浸漬冷却
された超電導コイルに、常温下におかれた励磁用電源か
ら電流を供給するための手段として電流リードが使用さ
れている。超電導装置では、外部からの熱の侵入のうち
大半は電流リードからの熱の侵入であることはよく知ら
れている。
In a superconducting device, a current lead is used as a means for supplying a current from an exciting power supply placed at room temperature to a superconducting coil that is immersed and cooled in liquid helium. It is well known that in a superconducting device, most of the invasion of heat from the outside is the intrusion of heat from the current leads.

【0004】従来、電流リードからの熱の侵入を低減す
るため、リード導体をパイプの内側に設置し、リード導
体とパイプの間を蒸発したヘリウムガスを通すことによ
って、リード導体を冷却する方法が知られている。ま
た、リード導体自身をパイプ状にし、その内側に蒸発し
たヘリウムガスを通すことによってリード導体を冷却す
る方法もよく知られている。
Conventionally, in order to reduce the invasion of heat from the current lead, a method of installing the lead conductor inside the pipe and passing the vaporized helium gas between the lead conductor and the pipe to cool the lead conductor has been proposed. Are known. Further, a method of cooling the lead conductor by forming the lead conductor itself into a pipe shape and passing the evaporated helium gas into the pipe is also well known.

【0005】この方法を改良したものとして、特公平5
−11647号公報に開示されている例を図5に示す。クラ
イオスタット19の中に液体ヘリウム容器12があり、
液体ヘリウム11に超電導コイル10が浸漬されてい
る。超電導コイル10にはリード導体1から電流が供給
される。リード導体1はパイプ2によって覆われてお
り、その途中に液体窒素15が入った液体窒素容器14
が設置されている。液体窒素容器14よりも高温側では
窒素ガス17がリード導体1とパイプ2の間を通ること
によってリード導体1を冷却する。超電導コイル側の端
部から窒素容器14まではヘリウムガス16を通し、ヘ
リウムガス管13から放出する。
As a modification of this method, Japanese Patent Publication No.
FIG. 5 shows an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11647. There is a liquid helium container 12 in the cryostat 19,
Superconducting coil 10 is immersed in liquid helium 11. A current is supplied to the superconducting coil 10 from the lead conductor 1. The lead conductor 1 is covered with a pipe 2, and a liquid nitrogen container 14 containing liquid nitrogen 15 in the middle thereof is provided.
Is installed. On the higher temperature side than the liquid nitrogen container 14, the nitrogen gas 17 passes between the lead conductor 1 and the pipe 2 to cool the lead conductor 1. Helium gas 16 is passed from the end on the side of the superconducting coil to the nitrogen container 14, and is discharged from the helium gas pipe 13.

【0006】この方法ではリード導体のある部分を確実
に液体窒素温度まで下げることを目的としている。最初
に示した方法のように蒸発したヘリウムガスだけでリー
ド導体を冷却する場合、ガスは液体窒素温度以下だが、
ヘリウムガスの熱容量は小さいのでリード導体とヘリウ
ムガスの温度差が大きく、リード導体の発熱が大きい場
合にはリード導体の温度は液体窒素温度よりも高くなっ
てしまう。そこで図5に示した例では熱容量の大きい液
体窒素によってリード導体を確実に液体窒素温度まで下
げることによって、リード導体からの熱の侵入の低減を
図っている。
This method aims at reliably lowering the temperature of liquid nitrogen at a certain portion of the lead conductor. If the lead conductor is cooled with vaporized helium gas only, as in the first method, the gas is below the liquid nitrogen temperature,
Since the heat capacity of helium gas is small, the temperature difference between the lead conductor and helium gas is large, and when the heat generation of the lead conductor is large, the temperature of the lead conductor becomes higher than the liquid nitrogen temperature. Therefore, in the example shown in FIG. 5, liquid nitrogen having a large heat capacity is used to surely lower the temperature of the lead conductor to the temperature of liquid nitrogen, thereby reducing the penetration of heat from the lead conductor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】長時間運転する超電導
装置の場合、液体ヘリウムの蒸発量が製品の運転時間を
規定するので液体ヘリウム系への熱の侵入は少なければ
少ない程良い。蒸発したヘリウムガスで電流リードを冷
却するだけでは十分ではないので、液体窒素を利用した
サーマルアンカをリード途中に設ける必要がある。
In the case of a superconducting device that operates for a long time, the evaporation amount of liquid helium regulates the operating time of the product, so the less heat that enters the liquid helium system, the better. Since it is not enough to cool the current lead with the evaporated helium gas, it is necessary to provide a thermal anchor using liquid nitrogen in the middle of the lead.

【0008】しかし、特公平5−11647号公報で紹介され
ている例には以下のような問題がある。図5のようにリ
ード途中に液体窒素容器を置くのは製品の使いやすさ,
信頼性,小型化の面から不利である。また、この方法で
はアンカ部分にヘリウムガスのバイパスは設けていない
ので、液体窒素による冷却点よりも高温側のリード導体
は窒素ガスで冷却される。ヘリウムガス16は窒素ガス
17よりも温度が低いにもかかわらず、リード導体1の
高温側の冷却には寄与せずに外部に放出されることにな
るので冷却効率が悪い。
However, the example introduced in Japanese Patent Publication No. 5-11647 has the following problems. Putting a liquid nitrogen container in the middle of the lead as shown in Fig. 5 makes the product easier to use,
It is disadvantageous in terms of reliability and miniaturization. Further, in this method, since the helium gas bypass is not provided in the anchor portion, the lead conductor on the higher temperature side than the cooling point by liquid nitrogen is cooled with nitrogen gas. Although the helium gas 16 has a lower temperature than the nitrogen gas 17, it does not contribute to the cooling of the high temperature side of the lead conductor 1 and is released to the outside, so that the cooling efficiency is poor.

【0009】そこで、ヘリウムガスとサーマルアンカの
両方による冷却を保つには、パイプの内側のリード導体
を液体窒素で冷却された金属部材で間接的に冷却し、か
つヘリウムガスのバイパスを設ける必要がある。しか
し、これではサーマルアンカ部の構造が非常に複雑にな
って信頼性の低下を招く。また、バイパスをパイプの外
に設けると、ヘリウムガスがリードの外側を通るため暖
まり、またアンカ部分はヘリウムガスによって冷却でき
ない。
Therefore, in order to keep the cooling by both the helium gas and the thermal anchor, it is necessary to indirectly cool the lead conductor inside the pipe with a metal member cooled with liquid nitrogen and to provide a helium gas bypass. is there. However, this causes the structure of the thermal anchor portion to become very complicated, leading to a decrease in reliability. Further, if the bypass is provided outside the pipe, the helium gas passes through the outside of the reed and is warmed up, and the anchor portion cannot be cooled by the helium gas.

【0010】本発明の目的は冷却能力を確保しながら、
構造が簡単な超電導装置用電流リードを提供することに
ある。
The object of the present invention is to secure a cooling capacity,
An object of the present invention is to provide a current lead for a superconducting device having a simple structure.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上述のような問
題を解決するために成されたもので、その特徴は、リー
ド導体をより径の大きいパイプに通し、パイプとリード
導体の間をヘリウムガス等の冷媒が通過するように構成
した電流リードの途中に、以下に示すような構造のサー
マルアンカを設けたことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is characterized in that a lead conductor is passed through a pipe having a larger diameter, and a space between the pipe and the lead conductor is provided. This is because a thermal anchor having the structure described below is provided in the middle of the current lead configured so that a coolant such as helium gas passes.

【0012】(1)リード導体の一部分の厚みを増やし
て絶縁材を介して外側のパイプと接触させる。リード導
体の厚みを増した部分には冷媒の通気路を設け、その外
側のパイプを液体窒素で冷却された金属部材で冷却す
る。
(1) The thickness of a part of the lead conductor is increased to make contact with the outer pipe through an insulating material. A coolant passage is provided in the thickened portion of the lead conductor, and the pipe on the outside thereof is cooled with a metal member cooled with liquid nitrogen.

【0013】(2)リード導体にはパイプ状のものを使
用する。リード導体の一部分の厚みを増やして絶縁材を
介して外側のパイプと接触させる。その部分の両端には
パイプ状リード導体にそれぞれ孔を空ける。さらにその
外側にはパイプ状リード導体の中空部に栓を設ける。厚
みを増した部分の外側のパイプを液体窒素で冷却された
金属部材で冷却する。
(2) A pipe-shaped lead conductor is used. The thickness of a part of the lead conductor is increased to make contact with the outer pipe through an insulating material. Holes are made in the pipe-shaped lead conductors at both ends of the portion. Further, a plug is provided on the outer side of the hollow portion of the pipe-shaped lead conductor. The pipe outside the thickened portion is cooled with a metal member cooled with liquid nitrogen.

【0014】(3)外側のパイプの一部分を切り欠き、
液体窒素で冷却された金属部材で絶縁材を介して内側に
あるリード導体を直接冷却する。外側のパイプとその金
属部材とを接合し、その金属部材には冷媒の通気路を設
ける。
(3) A part of the outer pipe is cut out,
The inner lead conductor is directly cooled by the metal member cooled by liquid nitrogen through the insulating material. The outer pipe and its metal member are joined together, and a coolant passage is provided in the metal member.

【0015】(4)リード導体にはパイプ状のものを使
用する。外側のパイプの一部分を切り欠き、液体窒素で
冷却された金属部材で絶縁材を介して内側にあるリード
導体を直接冷却する。外側のパイプと金属部材とを接合
する。金属部材の両端にはパイプ状リード導体にそれぞ
れ孔を空ける。さらにその外側にはパイプ状リード導体
の中空部に栓を設ける。
(4) A pipe-shaped lead conductor is used. A part of the outer pipe is cut out, and the inner lead conductor is directly cooled by a metal member cooled with liquid nitrogen through an insulating material. The outer pipe and the metal member are joined. Holes are made in the pipe-shaped lead conductors at both ends of the metal member. Further, a plug is provided on the outer side of the hollow portion of the pipe-shaped lead conductor.

【0016】[0016]

【作用】本発明では、サーマルアンカ部でのヘリウムガ
ス等の冷媒のバイパスに着目した。通常の電流リードで
は、冷媒はリード導体と外側のパイプの間を通っている
が、アンカ部分では冷却用金属部材がリード導体を覆っ
ているので通気路がなく、バイパスを設けると構造が繁
雑になる。そこで本発明では上述に示した方法で冷媒の
バイパスを設けた。
In the present invention, attention was paid to bypassing the refrigerant such as helium gas in the thermal anchor portion. In a normal current lead, the refrigerant passes between the lead conductor and the outer pipe, but at the anchor part, the cooling metal member covers the lead conductor, so there is no ventilation passage, and the structure becomes complicated if a bypass is provided. Become. Therefore, in the present invention, the refrigerant bypass is provided by the method described above.

【0017】(1)では、リード導体の厚みを増やして
外側のパイプに接触させ、そのパイプを金属部材で冷却
したので、サーマルアンカによる冷却を確保できるよう
になった。また、導体と外側のパイプの間には絶縁材を
介したので外側のパイプに電流が流れないようになっ
た。また、金属部材の厚みを増した部分のリード導体に
ヘリウムガス等の冷媒の通気路を設けたので、ヘリウム
ガス等の冷媒はアンカ部分を冷却し、アンカ部分で暖ま
らずに高温側にバイパスすることができる。これらによ
りヘリウムガス等の冷媒による導体の冷却を確保でき
る。また、冷媒のバイパスとして通気孔を設けただけな
ので新たにバイパスを作る必要が無く、さらに外側のパ
イプを加工する必要もないのでサーマルアンカ部分の構
造を簡単にすることができる。
In (1), since the thickness of the lead conductor is increased and brought into contact with the outer pipe and the pipe is cooled by the metal member, cooling by the thermal anchor can be secured. Moreover, since an insulating material is interposed between the conductor and the outer pipe, no current flows in the outer pipe. Further, since the vent passage of the coolant such as helium gas is provided in the lead conductor in the portion where the thickness of the metal member is increased, the coolant such as helium gas cools the anchor portion and bypasses to the high temperature side without warming in the anchor portion. be able to. As a result, cooling of the conductor with a coolant such as helium gas can be ensured. Further, since the ventilation hole is simply provided as a bypass for the refrigerant, it is not necessary to newly make a bypass and it is not necessary to process the outer pipe, so that the structure of the thermal anchor portion can be simplified.

【0018】(2)では、リード導体の厚みを増やして
外側のパイプに接触させ、そのパイプを金属部材で冷却
したので、サーマルアンカによる冷却を確保できるよう
になった。また、導体と外側のパイプの間には絶縁材を
介したので外側のパイプに電流が流れないようになっ
た。また、リード導体にパイプ状のものを使用したの
で、ヘリウムガス等の冷媒はリード導体の中空部を通過
してアンカ部分を冷却し、アンカ部分では暖まらずに高
温側にバイパスすることができる。これらによりヘリウ
ムガス等の冷媒による導体の冷却を確保できる。また、
アンカ部分の前後でパイプ状導体の中空部に栓を設けた
ので冷媒が流出しないようなった。また、冷媒のバイパ
スとしてリード導体の中空部を利用したので新たにバイ
パスを作る必要が無く、さらに外側のパイプを加工する
必要も無いのでサーマルアンカ部分の構造を簡単にする
ことができる。
In (2), since the thickness of the lead conductor is increased and brought into contact with the outer pipe and the pipe is cooled by the metal member, the cooling by the thermal anchor can be secured. Moreover, since an insulating material is interposed between the conductor and the outer pipe, no current flows in the outer pipe. Further, since the pipe-shaped lead conductor is used, the coolant such as helium gas can pass through the hollow portion of the lead conductor to cool the anchor portion, and can be bypassed to the high temperature side without being warmed in the anchor portion. As a result, cooling of the conductor with a coolant such as helium gas can be ensured. Also,
Since the hollow portion of the pipe-shaped conductor was provided with plugs before and after the anchor portion, the refrigerant did not flow out. Further, since the hollow portion of the lead conductor is used as the bypass of the refrigerant, it is not necessary to newly make a bypass and it is not necessary to process the outer pipe, so that the structure of the thermal anchor portion can be simplified.

【0019】(3)では、外側のパイプの一部分を切り
欠き、金属部材でリード導体を冷却したので、サーマル
アンカによる冷却を確保できるようになった。冷却用金
属部材とリード導体の間には絶縁材を介したので外側の
パイプに電流が流れないようになった。また、その金属
部材と外側のパイプを接合し、その金属部材に冷媒の通
気路を設けたので、ヘリウムガス等の冷媒はアンカ部分
を冷却し、アンカ部分で暖まらずに高温側にバイパスす
ることができる。これらによりヘリウムガス等の冷媒に
よる導体の冷却を確保できる。また、冷媒のバイパスと
して通気孔を設けただけなので新たにバイパスを作る必
要が無く、サーマルアンカ部分の構造を簡単にすること
ができる。
In (3), since a part of the outer pipe is cut out and the lead conductor is cooled by the metal member, cooling by the thermal anchor can be secured. Since an insulating material is interposed between the cooling metal member and the lead conductor, no current flows in the outer pipe. Also, since the metal member and the outer pipe are joined and a vent passage for the refrigerant is provided in the metal member, the refrigerant such as helium gas should cool the anchor part and bypass to the high temperature side without warming in the anchor part. You can As a result, cooling of the conductor with a coolant such as helium gas can be ensured. Further, since only the vent hole is provided as a bypass for the refrigerant, it is not necessary to newly create a bypass, and the structure of the thermal anchor portion can be simplified.

【0020】(4)では、外側のパイプの一部分を切り
欠き、金属部材でリード導体を冷却したので、サーマル
アンカによる冷却を確保できるようになった。冷却用金
属部材とリード導体の間には絶縁材を介したので外側の
パイプに電流が流れないようになった。また、リード導
体にパイプ状のものを使用したので、ヘリウムガス等の
冷媒はリード導体の中空部を通過してアンカ部分を冷却
し、アンカ部分では暖まらずに高温側にバイパスするこ
とができる。これらによりヘリウムガス等の冷媒による
導体の冷却を確保できる。また、アンカ部分の前後でパ
イプ状導体の中空部に栓を設けたので冷媒が流出しない
ようなった。また、冷媒のバイパスとしてリード導体の
中空部を利用したので新たにバイパスを作る必要が無
く、サーマルアンカ部分の構造を簡単にすることができ
る。
In (4), since a part of the outer pipe is cut out and the lead conductor is cooled by the metal member, cooling by the thermal anchor can be secured. Since an insulating material is interposed between the cooling metal member and the lead conductor, no current flows in the outer pipe. Further, since the pipe-shaped lead conductor is used, the coolant such as helium gas can pass through the hollow portion of the lead conductor to cool the anchor portion, and can be bypassed to the high temperature side without being warmed in the anchor portion. As a result, cooling of the conductor with a coolant such as helium gas can be ensured. In addition, since the plug is provided in the hollow portion of the pipe-shaped conductor before and after the anchor portion, the refrigerant does not flow out. Further, since the hollow portion of the lead conductor is used as the bypass of the refrigerant, it is not necessary to newly make a bypass, and the structure of the thermal anchor portion can be simplified.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明の電流リードのサーマルアン
カ部の縦断断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a thermal anchor portion of the current lead of the present invention.

【0023】本実施例ではリード導体1とパイプ2の間
をヘリウムガスが通ることによって、リード導体1を冷
却する構造になっている。サーマルアンカ部18では液
体窒素用配管5aから液体窒素が流入し、リード導体冷
却用の金属部材6と金属部材4に囲まれた円筒状の空間
の周りを液体窒素が流れて液体窒素用配管5bから流出
する。サーマルアンカ部18は、リード導体1と同じ材
質でできた円筒状の導体9をリード導体1と密着させて
接合する。さらに円筒状の絶縁材3を導体9に密着させ
てパイプ2と密着するようにする。絶縁材3は内側のリ
ード導体と外側のパイプが電気的に短絡しないために設
ける。導体9にはヘリウムガスの通気孔8を設けてあ
る。導体9の外側には金属部材6をパイプ2と密着させ
て取り付ける。導体9の厚みを増した部分に通気孔8を
設けることにより、ヘリウムガスがサーマルアンカ18
を通過して高温側に通り抜けることができる。
In the present embodiment, the lead conductor 1 is cooled by passing helium gas between the lead conductor 1 and the pipe 2. In the thermal anchor portion 18, the liquid nitrogen flows from the liquid nitrogen pipe 5a, and the liquid nitrogen flows around the cylindrical space surrounded by the metal member 6 and the metal member 4 for cooling the lead conductor, and the liquid nitrogen pipe 5b. Drained from. The thermal anchor portion 18 makes a cylindrical conductor 9 made of the same material as the lead conductor 1 closely adhere to the lead conductor 1. Further, the cylindrical insulating material 3 is brought into close contact with the conductor 9 so as to come into close contact with the pipe 2. The insulating material 3 is provided so that the inner lead conductor and the outer pipe are not electrically short-circuited. The conductor 9 is provided with a ventilation hole 8 for helium gas. The metal member 6 is attached to the outside of the conductor 9 in close contact with the pipe 2. By providing the ventilation hole 8 in the thickened portion of the conductor 9, the helium gas is removed from the thermal anchor 18
Can be passed through to the high temperature side.

【0024】このように構成した電流リードでは、サー
マルアンカ18によってリード導体のある部分を確実に
液体窒素温度に冷却することができるので、公知例と同
様の効果を得ることができ、さらにサーマルアンカ18
とそれより高温側に位置するリード導体部分もヘリウム
ガスで冷却することができる。また、冷媒の通気孔をパ
イプの内側に設けたので、アンカ部分でヘリウムガスが
暖まらないようになり、さらに、ヘリウムガスでアンカ
部分を冷却できる。
In the current lead thus constructed, the portion having the lead conductor can be surely cooled to the liquid nitrogen temperature by the thermal anchor 18, so that the same effect as the known example can be obtained, and further the thermal anchor can be obtained. 18
The lead conductor portion located on the higher temperature side can be cooled with helium gas. Further, since the vent hole for the refrigerant is provided inside the pipe, the helium gas is prevented from being heated in the anchor portion, and further, the anchor portion can be cooled by the helium gas.

【0025】次に、冷却媒体としても窒素ガスよりもヘ
リウムガスの方が優れていることを以下に示す。冷媒の
管内流によるリード導体1への熱伝達は流れの状態に依
存する。乱流,層流などの流れの状態を決定するレイノ
ルズ数RはR=ρvd/ηで決まる。ここに、ρは密
度、vは流速、dは管内形状に依存する係数、ηは冷媒
の粘性係数である。レイノルズ数が一定値よりも大きく
なると熱伝達の良い乱流になり、小さいと層流になる。
同じ管内を同じ流速でヘリウムガスと窒素ガスが流れた
場合に、レイノルズ係数の比は、100Kの気体の物性
値を使うと、RHe/RN2≒0.1 となる。一般のクラ
イオスタットでは、液体ヘリウム系への熱の侵入は液体
窒素系への熱の侵入よりも大きいので、ヘリウムガスの
蒸発量は窒素ガスに比べて10倍以上になっている。よ
ってリード導体1の冷媒として窒素ガスとヘリウムガス
を使う場合はガス流量が10倍程度違うことになるが、
この結果、上の式から分かるように二つの場合のレイノ
ルズ数はほぼ等しくなり、流れの状態が同じになる。こ
の場合、冷却の熱伝達は冷媒の熱伝導率に依存する。ヘ
リウムガスの熱伝導率は、300K以下の領域では窒素
ガスに比べて6倍以上なので、ガスによる冷却効率も6
倍良くなることになる。この結果、熱の侵入を低減する
ことができ、高価な液体ヘリウムの消費量を少なくする
ことができる。次に構造面の効果として、ヘリウムガス
バイパスをパイプの外側に作る必要がないことがあげら
れる。さらに、パイプ2を加工する必要がなく、金属部
材6の構造が簡単になるので製作工程の削減によるコス
トの低減を図ることもできる。これらの製作工程の削減
によって信頼性も向上する。その他、外部にバイパスを
設けないので、コンパクトにサーマルアンカ部を製作す
ることができる。
Next, it will be shown below that helium gas is superior to nitrogen gas as the cooling medium. The heat transfer to the lead conductor 1 by the flow of the refrigerant in the pipe depends on the flow state. The Reynolds number R that determines the flow state such as turbulent flow and laminar flow is determined by R = ρvd / η. Where ρ is the density, v is the flow velocity, d is the coefficient that depends on the shape of the pipe, and η is the viscosity coefficient of the refrigerant. When the Reynolds number exceeds a certain value, turbulent flow with good heat transfer occurs, and when it is small, laminar flow occurs.
When helium gas and nitrogen gas flow in the same tube at the same flow rate, the Reynolds coefficient ratio is RHe / RN2≈0.1 when the physical properties of the gas of 100K are used. In a general cryostat, since the heat penetration into the liquid helium system is larger than the heat penetration into the liquid nitrogen system, the evaporation amount of the helium gas is 10 times or more that of the nitrogen gas. Therefore, when nitrogen gas and helium gas are used as the refrigerant of the lead conductor 1, the gas flow rate will be about 10 times different,
As a result, as can be seen from the above equation, the Reynolds numbers in the two cases are almost equal, and the flow conditions are the same. In this case, the heat transfer of cooling depends on the thermal conductivity of the refrigerant. The thermal conductivity of helium gas is more than 6 times that of nitrogen gas in the region of 300K or less, so the cooling efficiency by gas is also 6
It will be doubled. As a result, the invasion of heat can be reduced, and the consumption of expensive liquid helium can be reduced. Next, as a structural effect, there is no need to make a helium gas bypass outside the pipe. Further, since it is not necessary to process the pipe 2, and the structure of the metal member 6 is simplified, it is possible to reduce the cost by reducing the manufacturing process. Reliability is also improved by reducing these manufacturing processes. In addition, since no external bypass is provided, the thermal anchor part can be manufactured compactly.

【0026】図2には本発明の第2の実施例を示す。図
1とほぼ同じ構成で、相違点はリード導体1aがパイプ
であることにあり、通気孔8a,8cからヘリウムガス
が流入し、8b,8dから流出する。リード導体1a内
のヘリウムガスは外に流出しないように栓7a,7bで
塞いである。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. The structure is almost the same as that of FIG. 1, but the difference is that the lead conductor 1a is a pipe, and helium gas flows in from the vent holes 8a and 8c and flows out from 8b and 8d. Helium gas in the lead conductor 1a is closed by plugs 7a and 7b so as not to flow out.

【0027】この構成でもヘリウムガスはサーマルアン
カ18の内部を通過でき、高温側にヘリウムガスが流れ
る特徴は前述と同じであり、冷却に関して第1の実施例
と同様の効果を得ることができる。構造面でも、サーマ
ルアンカ内部をヘリウムガスが通り抜けるように構成し
たことで、第1の実施例と同様に簡単にすることができ
る。
Also in this structure, the helium gas can pass through the inside of the thermal anchor 18, and the feature that the helium gas flows to the high temperature side is the same as described above, and the same effect as the first embodiment can be obtained in terms of cooling. Also in terms of structure, since the helium gas is configured to pass through the inside of the thermal anchor, it can be simplified as in the first embodiment.

【0028】図3には本発明の第3の実施例を示す。こ
の実施例ではパイプ2を切り欠き、冷却用の金属部材6
でリード導体を円筒状絶縁材3を介して直接冷却してい
る。また、外側のパイプ2を金属部材6でつなぎ、第1
の実施例と同様に金属部材6にヘリウムガス通過路を設
けた。外部にバイパスを設ける必要がないため、上述と
同じ効果を得られる。パイプ2には加工が必要になるの
で第1,第2の実施例に比べて若干製作に手間がかかる
が、金属部材6を一体物で構成することにより溶接など
の手間を省くことはできる。また、パイプを介さずに金
属部材6で直接冷却するので冷却面では第1,第2の実
施例より有利である。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the pipe 2 is cut out and the metal member 6 for cooling is used.
The lead conductor is directly cooled via the cylindrical insulating material 3. In addition, the outer pipe 2 is connected by the metal member 6,
A helium gas passage was provided in the metal member 6 as in the above example. Since it is not necessary to provide an external bypass, the same effect as described above can be obtained. Since the pipe 2 needs to be processed, it takes a little more work than the first and second embodiments, but by constructing the metal member 6 in one piece, the work such as welding can be omitted. Further, since the metal member 6 directly cools without using a pipe, it is advantageous in terms of cooling surface over the first and second embodiments.

【0029】図4には本発明の第4の実施例を示す。第
3の実施例とほぼ同じサーマルアンカ18を構成し、ヘ
リウムガス流路は第2の実施例と同様にリード導体にパ
イプ状のものを用いてその中空部をヘリウムガスバイパ
スとして使用する。このように構成した電流リードも第
3の実施例と同じ効果を得ることができる。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. The thermal anchor 18 that is almost the same as that of the third embodiment is constructed, and the helium gas flow path uses a pipe-shaped lead conductor as in the second embodiment, and the hollow portion thereof is used as a helium gas bypass. The current lead thus configured can also obtain the same effect as that of the third embodiment.

【0030】図6は発明を超電導磁石装置に応用したも
のである。クライオスタットの構成は図5とほとんど同
じなので、ここでは違いだけを説明する。電流リード付
近に液体窒素容器14を設置することができない場合、
液体窒素用配管5をサーマルアンカ18につなぐ。電流
リードでは常温端までヘリウムガス16でリード導体1
を冷却することができる。これよりサーマルアンカがな
い場合と同様のヘリウムガスによる冷却能力を確保する
ことができる。しかも、外側にヘリウムガスのバイパス
を設けないので、アンカ部分の構造が簡単になる。ま
た、窒素ガス管16も不要になる。
FIG. 6 shows an application of the invention to a superconducting magnet device. Since the structure of the cryostat is almost the same as that of FIG. 5, only the difference will be described here. If the liquid nitrogen container 14 cannot be installed near the current lead,
The liquid nitrogen pipe 5 is connected to the thermal anchor 18. For current lead, lead conductor 1 with helium gas 16 up to room temperature end
Can be cooled. As a result, it is possible to ensure the same cooling capacity with helium gas as in the case without a thermal anchor. Moreover, since the helium gas bypass is not provided outside, the structure of the anchor portion is simplified. Further, the nitrogen gas pipe 16 is also unnecessary.

【0031】[0031]

【発明の効果】第1の発明によれば、冷媒がサーマルア
ンカ部を通り抜けるバイパスとして、冷却用金属部材に
通気路を設けたため、ヘリウムガスなどの冷媒がアンカ
内部を通り抜けられるようにしたので、ヘリウムガスに
よる冷却を確保しながらサーマルアンカ部の構造が簡単
になった。さらに、冷却用金属部材は、パイプの外を覆
うように構成したので、パイプを加工する必要がなく、
製作が容易になった。
According to the first aspect of the present invention, since the cooling metal member is provided with the ventilation passage as a bypass through which the refrigerant passes through the thermal anchor portion, the refrigerant such as helium gas can pass through the inside of the anchor. The structure of the thermal anchor has been simplified while ensuring cooling with helium gas. Further, since the cooling metal member is configured to cover the outside of the pipe, it is not necessary to process the pipe,
Easy to make.

【0032】第2の発明によれば、冷媒がサーマルアン
カ部を通り抜けるバイパスとして、パイプ状リード導体
の中空部を利用したため、ヘリウムガスなどの冷媒がア
ンカ内部を通り抜けられるようにしたので、ヘリウムガ
スによる冷却を確保しながらサーマルアンカ部の構造が
簡単になった。さらに、冷却用金属部材は、パイプの外
を覆うように構成したので、パイプを加工する必要がな
く、製作が容易になった。
According to the second aspect of the invention, since the hollow portion of the pipe-shaped lead conductor is used as a bypass through which the refrigerant passes through the thermal anchor portion, the refrigerant such as helium gas can pass through the inside of the anchor. The structure of the thermal anchor part has been simplified while ensuring the cooling by. Further, since the cooling metal member is configured to cover the outside of the pipe, it is not necessary to process the pipe, which facilitates the production.

【0033】第3の発明によれば、冷媒がサーマルアン
カ部を通り抜けるバイパスとして、冷却用金属部材に通
気路を設けたため、ヘリウムガスなどの冷媒がアンカ内
部を通り抜けられるようにしたので、ヘリウムガスによ
る冷却を確保しながらサーマルアンカ部の構造が簡単に
なった。
According to the third invention, since the cooling metal member is provided with the ventilation passage as a bypass for allowing the refrigerant to pass through the thermal anchor portion, the refrigerant such as helium gas can pass through the inside of the anchor. The structure of the thermal anchor part has been simplified while ensuring the cooling by.

【0034】また、第4の発明によれば、冷媒がサーマ
ルアンカ部を通り抜けるバイパスとして、パイプ状リー
ド導体の中空部を利用したため、ヘリウムガスなどの冷
媒がアンカ内部を通り抜けられるようにしたので、ヘリ
ウムガスによる冷却を確保しながらサーマルアンカ部の
構造が簡単になった。
According to the fourth aspect of the invention, since the hollow portion of the pipe-shaped lead conductor is used as a bypass for the refrigerant to pass through the thermal anchor portion, the refrigerant such as helium gas can pass through the inside of the anchor. The structure of the thermal anchor has been simplified while ensuring cooling with helium gas.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による超電導装置用電流リードのサーマ
ルアンカ部を示した一実施例の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment showing a thermal anchor portion of a current lead for a superconducting device according to the present invention.

【図2】本発明による超電導装置用電流リードのサーマ
ルアンカ部の第二実施例の断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of a thermal anchor portion of a current lead for a superconducting device according to the present invention.

【図3】本発明による超電導装置用電流リードのサーマ
ルアンカ部の第三実施例の断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of a thermal anchor portion of a current lead for a superconducting device according to the present invention.

【図4】本発明による超電導装置用電流リードのサーマ
ルアンカ部の第四実施例の断面図。
FIG. 4 is a sectional view of a thermal anchor portion of a current lead for a superconducting device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の電流供給リードを適用した超電導装置を
示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a superconducting device to which a conventional current supply lead is applied.

【図6】本発明による電流リードを適用した超電導装置
を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a superconducting device to which a current lead according to the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…リード導体、2…パイプ、3…絶縁材、4,6…金
属部材、5a,5b…液体窒素用配管、8…ヘリウムガ
ス通気孔、9…導体、18…サーマルアンカ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lead conductor, 2 ... Pipe, 3 ... Insulating material, 4, 6 ... Metal member, 5a, 5b ... Liquid nitrogen piping, 8 ... Helium gas vent, 9 ... Conductor, 18 ... Thermal anchor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 将之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 服部 憲一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masayuki Shibata 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Kenichi Hattori 7-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 in Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】棒状の導体をより径の大きいパイプに通
し、前記パイプと前記導体との間を冷媒が通過するよう
に構成した超電導装置用電流リードにおいて、前記導体
の一部分の厚みを増やして絶縁材を介して外側の前記パ
イプと密着させ、その部分を前記パイプの外側から液体
窒素で冷却された金属部材で覆うように構成したサーマ
ルアンカを設置し、前記サーマルアンカの内部では前記
導体の厚みを増した部分に前記冷媒を通すための通気路
を設けたことを特徴とする超電導装置用電流リード。
1. In a current lead for a superconducting device, wherein a rod-shaped conductor is passed through a pipe having a larger diameter, and a refrigerant passes between the pipe and the conductor, the thickness of a part of the conductor is increased. A thermal anchor configured to be in close contact with the outer pipe through an insulating material and covering that portion with a metal member cooled with liquid nitrogen from the outer side of the pipe is provided inside the thermal anchor of the conductor. A current lead for a superconducting device, characterized in that an air passage for passing the refrigerant is provided in a portion having an increased thickness.
【請求項2】パイプ状の導体をより径の大きいパイプに
通し、前記パイプと前記導体との間を冷媒が通過するよ
うに構成した超電導装置用電流リードにおいて、前記導
体の一部分の厚みを増やして絶縁材を介して外側の前記
パイプと密着させ、その部分を前記パイプの外側から液
体窒素で冷却された金属部材で覆うように構成したサー
マルアンカを設置し、前記サーマルアンカの内部では前
記導体に孔を設け、前記孔は厚みを増やした部分の両外
側に位置し、さらにその外側には前記導体の中空部を塞
ぐための栓を設けたことを特徴とする超電導装置用電流
リード。
2. In a current lead for a superconducting device, wherein a pipe-shaped conductor is passed through a pipe having a larger diameter, and a refrigerant passes between the pipe and the conductor, the thickness of a part of the conductor is increased. A thermal anchor configured to be in close contact with the outer pipe via an insulating material and to cover the portion from the outer side of the pipe with a metal member cooled with liquid nitrogen, and the conductor is provided inside the thermal anchor. A current lead for a superconducting device, characterized in that a hole is provided in each of the holes, the holes are located on both outer sides of a portion having an increased thickness, and a plug for closing a hollow portion of the conductor is provided on the outer side thereof.
【請求項3】棒状の導体をより径の大きいパイプに通
し、前記パイプと前記導体との間を冷媒が通過するよう
に構成した超電導装置用電流リードにおいて、前記パイ
プの一部分を切り欠いてサーマルアンカを設置し、前記
サーマルアンカは、液体窒素で冷却した金属部材をはさ
んでパイプと前記金属部材を繋ぎ、前記金属部材は絶縁
材を介して前記導体に密着させて直接冷却するように構
成し、前記サーマルアンカには前記金属部材に前記冷媒
を通すための通気路を設けたことを特徴とする超電導装
置用電流リード。
3. In a current lead for a superconducting device, wherein a rod-shaped conductor is passed through a pipe having a larger diameter, and a refrigerant passes between the pipe and the conductor. An anchor is installed, and the thermal anchor is configured to connect the pipe and the metal member by sandwiching a metal member cooled with liquid nitrogen, and the metal member is closely adhered to the conductor via an insulating material to directly cool the conductor. A current lead for a superconducting device, wherein the thermal anchor is provided with an air passage for passing the refrigerant through the metal member.
【請求項4】パイプ状の導体をより径の大きいパイプに
通し、前記パイプと前記導体との間を冷媒が通過するよ
うに構成した超電導装置用電流リードにおいて、前記パ
イプの一部分を切り欠いてサーマルアンカを設置し、前
記サーマルアンカは、液体窒素で冷却した金属部材をは
さんで前記パイプと前記金属部材とをつなぎ、前記金属
部材は絶縁材を介して前記導体に密着させて直接冷却す
るように構成し、前記サーマルアンカでは前記導体に孔
を設け、前記孔は前記金属部材の両外側に位置し、さら
にその外側にはパイプ状導体の中空部を塞ぐための栓を
設けたことを特徴とする超電導装置用電流リード。
4. In a current lead for a superconducting device, wherein a pipe-shaped conductor is passed through a pipe having a larger diameter, and a refrigerant passes between the pipe and the conductor, a part of the pipe is cut out. A thermal anchor is installed, the thermal anchor connects the pipe and the metal member with a metal member cooled with liquid nitrogen sandwiched therebetween, and the metal member is brought into close contact with the conductor via an insulating material to directly cool the conductor. In the thermal anchor, holes are provided in the conductor, the holes are located on both outer sides of the metal member, and the outer side is provided with a plug for closing the hollow portion of the pipe-shaped conductor. Characteristic current lead for superconducting device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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