JPH08288561A - 電流リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイズアップせずに、また低コストで大電流
を通電できる電流リードを提供する。 【構成】 容器11内の液体ヘリウム10により冷却された
超電導マグネット12に外部に置かれた電源23から電流を
供給する電流リード15において、前記電流リード15が良
導電性金属からなる高温側リード20と酸化物超電導体か
らなる低温側リード21を接続して構成されており、前記
低温側リード21の高温側リード20側の部分に、ヘリウム
ガスが流れる金属パイプ22が螺旋状に巻付けられてい
る。 【効果】 ヘリウムガスによる冷却効率が向上し前記低
温側リード21を50Ｋ以下の温度に冷却可能となる。従っ
て低温側リード21のサイズを大きくせずに、また低コス
トで超電導マグネットに大電流を供給できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムにより冷
却された超電導マグネットに電流を供給する電流リード
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導マグネット装置内に配置される超
電導マグネットは、液体ヘリウムにより冷却して用いら
れ、前記超電導マグネットには、良導電性金属からなる
電流リードにより電流が供給されていた。しかしこの電
流リードは、外部から熱を伝導し、また自らジュール熱
を発生して、高価な液体ヘリウムを多量に蒸発させると
いう問題があった。このようなことから、電流リードの
探索が種々なされ、その結果、酸化物超電導体製の電流
リードが開発された。前記酸化物超電導体は、酸化物の
為熱伝導性が悪く、また80Ｋ程度の冷却温度で超電導状
態となりジュール熱が発生しなくなる為、電流リードと
して好適な材料である。

【０００３】ここで、従来の超電導マグネット装置を、
図３イを参照して説明する。液体ヘリウム10が貯留され
た容器11内に超電導マグネット12が配置され、前記超電
導マグネット12は、コイルリード線13、低温端子14、電
流リード15、常温端子16、電源リード線17を介して外部
（室温環境）に置かれた電源23に接続されている。前記
電流リード15は、良導電性金属からなる高温側リード20
と酸化物超電導体からなる低温側リード21とを中間フラ
ンジ24を介して接続したもので、前記中間フランジ24は
液体窒素25を貯留した容器26に接続され78Ｋに冷却され
る。前記中間フランジ24と高温側リード20には、前記の
液体窒素貯留容器26内から外部に抜ける貫通孔27が形成
されている。この貫通孔27には、前記容器26内の液体窒
素25から蒸発する低温の窒素ガスを通す。外部からの侵
入熱は前記低温の窒素ガスと中間フランジ24に吸収され
る。液体窒素は、液体窒素補給用パイプ30から補給され
る。このように冷却することにより、良導電性金属から
なる高温側リード20は、ジュール熱が減少し（良導電性
金属が銅の場合、電気抵抗は78Ｋで室温の約1/10に低下
し、ジュール熱も1/10程度になる）、又酸化物超電導体
からなる低温側リード21は、中間フランジ24により78Ｋ
に冷却されて超電導状態となりジュール熱が０になる。
ここでは、安価な液体窒素25を使用して、高価な液体ヘ
リウム10の蒸発を抑えて、その運転コストの低減が図ら
れている。

【０００４】図３ロに示す電流リード15は、良導電性金
属からなる高温側リード20と酸化物超電導体からなる低
温側リード21とを直接接続したもので、内部に低温端子
14から通じる貫通孔27が形成されている。そして、前記
貫通孔27に、液体ヘリウム貯留容器11内の液体ヘリウム
10から発生する極低温のヘリウムガスを通過させて、電
流リード15全体を冷却してジュール熱を低減させ、液体
ヘリウム10の蒸発を抑えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超電導マグ
ネット装置の小型化又は大容量化に伴い、電流リードに
は、小サイズ化又は通電量の増大が要求されている。こ
の要求に応える手段として、酸化物超電導体の低温側リ
ードの使用温度を下げる方法がある。酸化物超電導体の
臨界電流は温度に大きく依存し、例えば、50Ｋでの臨界
電流は、78Ｋでの臨界電流の３〜５倍にまで増加する。
しかしながら、図３イに示した液体窒素25を用いる冷却
方法では、低温側リード21の上端は液体窒素25の沸点で
ある78Ｋには冷却されるが、それ以下の温度にはならな
い。従って、超電導マグネット12への供給電流を増加さ
せるには、低温側リード（酸化物超電導体）の断面積を
大きくする必要がある。しかし、低温側リード21の断面
積の増加は、希土類元素等の高価な元素を成分とする酸
化物超電導体の原料費のアップを招き、また超電導マグ
ネット装置が大型化するという問題がある。また図３ロ
に示したヘリウムガスを用いる冷却方法では、ヘリウム
ガスを流す貫通孔27が直線状で冷却効率が悪い為、低温
側リード21を前述の50Ｋ以下の温度に冷却するのは困難
である。本発明は、サイズアップせずに、また低コスト
で大電流を通電できる、電流リードの提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器内の液体
ヘリウムにより冷却された超電導マグネットに外部に置
かれた電源から電流を供給する電流リードにおいて、前
記電流リードが良導電性金属からなる高温側リードと酸
化物超電導体からなる低温側リードを接続して構成され
ており、前記低温側リードの高温側リード側の部分に、
ヘリウムガスが流れる金属パイプが螺旋状に巻付けられ
ていることを特徴とする電流リードである。

【０００７】本発明の電流リードにおいて、金属パイプ
には、銅系やアルミ系材料、またはＳＵＳ等の熱伝導性
の良好な金属材料が用いられる。金属パイプの断面形状
は円形、角形等任意である。金属パイプの巻付け間隔は
狭い程、また金属パイプを低温側リードに密着させる程
冷却効率が高まり好ましい。金属パイプの巻付け位置
は、低温側リードの中で温度が最も高くなる高温側リー
ドに近い部分が冷却効率が良く好ましい。しかし、金属
パイプは、低温側リード全体に巻付けても、また高温側
リードにかけて巻付けても差支えない。金属パイプの下
部の開口端を拡径しておくと、金属パイプ内へのヘリウ
ムガスの採り込み量が増えて好ましい。高温側リードの
冷却は、金属パイプから放出されるヘリウムガスを利用
するのが経済的であるが、図３イに示したように液体窒
素を用いて行っても、また図３ロに示したように内部に
あけた通孔にヘリウムガスを通して行っても良い。超電
導マグネット冷却用の液体ヘリウムを蒸発させるには、
外部侵入熱を利用するのが経済的である。しかし、より
多量のヘリウムガスが必要なときは、液体ヘリウム貯留
容器内に発熱体を配置して強制的に蒸発させる方法や電
流リードの低温端子付近のジュール熱を利用する方法等
が適用される。本発明において、高温側リードの良導電
性金属には、銅、アルミニウム、またはそれらの合金等
が好適である。また低温側の酸化物超電導体には、Ｙ
系、Ｂｉ系等、臨界温度が78Ｋ以下の任意の酸化物超電
導体が用いられる。

【０００８】

【作用】本発明の電流リードは、低温側リードの高温側
リード側部分に、ヘリウムガスが流れる金属パイプを螺
旋状に巻付けたものである。従って、ヘリウムガスによ
る冷却効率が高まり、低温側リードの酸化物超電導体を
50Ｋ以下の温度に冷却可能となる。この為、酸化物超電
導体からなる低温リードの臨界電流を、従来（液体窒素
の沸点78Ｋでの臨界電流）の３〜５倍に増加できる。ま
たは、酸化物超電導体の量（サイズ）を 1/3〜1/5 に低
減できるので、電流リードの低廉化或いはコンパクト化
が図れる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を、図１または図２を
参照して具体的に説明する。図１は、本発明の電流リー
ドの実施例を示す側面図である。電流リード15は、銅製
の高温側リード20とＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導
体製の低温側リード21を直接接続し、前記接続部分の低
温側リード21の高温リード20側にヘリウムガスを通す銅
製の金属パイプ22が螺旋状に、低温側リード21に密着し
て巻付けて構成されている。前記金属パイプ22の上部開
口端は高温側リード20に沿って上方に向けられ、下部開
口端は拡径されて下方に向けられている。

【００１０】図２は、前記電流リードを用いた超電導マ
グネット装置の説明図である。液体ヘリウム10が貯留さ
れた容器11内に超電導マグネット12が配置され、前記超
電導マグネット12はコイルリード線13、低温端子14、電
流リード15、常温端子16、電源リード線17を介して外部
に置かれた電源23に接続されている。液体ヘリウム容器
11は、外部からの侵入熱を低減する為、真空断熱構造に
なっているが、若干の侵入熱があり、１日あたり数％の
液体ヘリウムが蒸発する。この蒸発した極低温のヘリウ
ムガスを、低温側リード21の高温側リード20側に螺旋状
に密着して巻付けられた金属パイプ22内に通流させた。
前記金属パイプ22の上部開口端から放出されるヘリウム
ガスは、そのまま高温側リードに沿って上昇して高温側
リード20を冷却した。

【００１１】この実施例では、低温側リードの上部（高
温側リードとの境界部分）が50Ｋの温度に冷却され、従
って低温側リードは全体が 4.2Ｋから50Ｋの温度範囲に
冷却された。用いた低温側リード（酸化物超電導体）の
78Ｋでの臨界電流は1000Ａであるが、前述のように低温
側リードが50Ｋ以下の温度に冷却されたことにより、36
00Ａの通電が可能となった。また前記金属パイプ内を通
すヘリウムガスには、超電導マグネット冷却用の液体ヘ
リウムの自然蒸発ガスを利用したので、経済的であっ
た。前記金属パイプ22の下端部は拡径したので、極低温
のヘリウムガスが前記金属パイプ22内に十分な量採り入
れられた。

【００１２】上記実施例では、高温側リードの冷却を、
金属パイプ22の上部開口端から放出されるヘリウムガス
を利用して行ったが、本発明では、高温側リードの冷却
は、金属パイプを高温側リードにまで延長して巻付けて
行っても、また図３に示したような従来法を用いても良
い。また金属パイプをポンプに接続して、金属パイプ22
を介してヘリウムガスを強制的に排出するようにしても
良い。このようにすると高温側リードをより冷却でき
る。

【００１３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の電流リー
ドは、ヘリウムガスにより効率良く冷却される為、酸化
物超電導体からなる低温側リードを50Ｋ以下に冷却でき
る。従って、電流リードをサイズアップせずに、また低
コストで大電流を通電できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電流リードの実施例を示す説明図であ
る。

【図２】図１に示した電流リードを用いた超電導マグネ
ット装置の説明図である。

【図３】従来の電流リードを用いた超電導マグネット装
置の説明図である。

【符号の説明】

10……液体ヘリウム 11……液体ヘリウム貯留容器 12……超電導マグネット 13……コイルリード線 14……低温端子 15……電流リード 16……常温端子 17……電源リード線 20……高温側リード 21……低温側リード 22……金属パイプ 23……電源 24……中間フランジ 25……液体窒素 26……液体窒素貯留容器 27……貫通孔 30……液体窒素補給用パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 直己 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 三澤 弘和 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内の液体ヘリウムにより冷却された
   超電導マグネットに外部に置かれた電源から電流を供給
   する電流リードにおいて、前記電流リードが良導電性金
   属からなる高温側リードと酸化物超電導体からなる低温
   側リードを接続して構成されており、前記低温側リード
   の高温側リード側の部分に、ヘリウムガスが流れる金属
   パイプが螺旋状に巻付けられていることを特徴とする電
   流リード。