JPH1079303A - 電流リード - Google Patents
電流リードInfo
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- JPH1079303A JPH1079303A JP8233837A JP23383796A JPH1079303A JP H1079303 A JPH1079303 A JP H1079303A JP 8233837 A JP8233837 A JP 8233837A JP 23383796 A JP23383796 A JP 23383796A JP H1079303 A JPH1079303 A JP H1079303A
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高温超電導体を効率的に冷却できる電流リード
を提供する。 【解決手段】高温超電導体２２２を用いた高温側リード
２３と低温側リード２２から構成される電流リードにお
いて、低温側リード２２の高温超電導体２２２の外周に
板材３００を螺旋状に配置する。板材３００は低熱伝導
材で構成され、高温超電導体２２２がクエンチした場合
に電流をバイパスするためのバイパス導体４００と電気
的に結合している。
を提供する。 【解決手段】高温超電導体２２２を用いた高温側リード
２３と低温側リード２２から構成される電流リードにお
いて、低温側リード２２の高温超電導体２２２の外周に
板材３００を螺旋状に配置する。板材３００は低熱伝導
材で構成され、高温超電導体２２２がクエンチした場合
に電流をバイパスするためのバイパス導体４００と電気
的に結合している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、真空断熱容器内
に収納され液体ヘリウムに浸漬された超電導コイルに外
部電源から励磁電流を通電する電流リードに関し、超電
導応用機器としては磁気浮上列車、核融合装置等が考え
られる。
に収納され液体ヘリウムに浸漬された超電導コイルに外
部電源から励磁電流を通電する電流リードに関し、超電
導応用機器としては磁気浮上列車、核融合装置等が考え
られる。
【０００２】
【従来の技術】超電導コイルは冷媒として高価な液体ヘ
リウムを使用して超電導状態に保持するため、この液体
ヘリウムの蒸発量を小さく抑えることが望ましく、また
電流リードから超電導コイルへの熱侵入量を小さくする
ことも必要である。通常、極低温に保持された超電導コ
イルに、室温の外部電源より電流を供給する電流リード
は、良導電性金属である銅および銅合金で構成されてい
るが、銅は同時に熱良伝導体の特性も有している。その
ため、室温から極低温部に伝導熱が流入する。
リウムを使用して超電導状態に保持するため、この液体
ヘリウムの蒸発量を小さく抑えることが望ましく、また
電流リードから超電導コイルへの熱侵入量を小さくする
ことも必要である。通常、極低温に保持された超電導コ
イルに、室温の外部電源より電流を供給する電流リード
は、良導電性金属である銅および銅合金で構成されてい
るが、銅は同時に熱良伝導体の特性も有している。その
ため、室温から極低温部に伝導熱が流入する。
【０００３】導体で発生するジュール発熱と室温からの
伝導による熱侵入を低減するため、低温のヘリウムガス
を低温端から室温端に流入して冷却除去している。超電
導装置全体の熱負荷の大半は電流リードが占めるため、
電流リードの低熱侵入化は超電導装置の効率的な運転を
実現するために重要な課題とされている。高温超電導体
が発見されると、液体窒素温度状態でも超電導現象が保
持できるようになり、高温超電導体はジュール発熱がな
く、かつ低温で銅の１／１００以下の低熱伝導特性を有
することから、電流リードの熱負荷の低減に有効であ
り、経済的な超電導装置の運転ができるものと期待さ
れ、電流リードへの応用開発が実施されている。
伝導による熱侵入を低減するため、低温のヘリウムガス
を低温端から室温端に流入して冷却除去している。超電
導装置全体の熱負荷の大半は電流リードが占めるため、
電流リードの低熱侵入化は超電導装置の効率的な運転を
実現するために重要な課題とされている。高温超電導体
が発見されると、液体窒素温度状態でも超電導現象が保
持できるようになり、高温超電導体はジュール発熱がな
く、かつ低温で銅の１／１００以下の低熱伝導特性を有
することから、電流リードの熱負荷の低減に有効であ
り、経済的な超電導装置の運転ができるものと期待さ
れ、電流リードへの応用開発が実施されている。
【０００４】図２は従来の高温超電導体電流リードを使
用した超電導装置の概要図であり、電流リードの部分断
面図を含めて示してある。図２において、電流リード２
は下から低温端子２１、低温側リード２２、高温側リー
ド２３、および常温端子２４から構成されている。低温
側リード２２と高温側リード２３とは、中間接続金具２
０で電気的機械的に接続されている。
用した超電導装置の概要図であり、電流リードの部分断
面図を含めて示してある。図２において、電流リード２
は下から低温端子２１、低温側リード２２、高温側リー
ド２３、および常温端子２４から構成されている。低温
側リード２２と高温側リード２３とは、中間接続金具２
０で電気的機械的に接続されている。
【０００５】低温端子２１は、引出しリード１１を介し
て液体ヘリウム容器１０に収納され、液体ヘリウム４に
浸漬されている超電導コイル１に接続されている。常温
端子２４は、一部だけを示す真空容器３の外部の大気中
にあって、端子金具２４２を介して図示されていない外
部電源に接続されている。出口管２４１は、後述するよ
うに電流リード２内の導体を冷却しながら昇ってきたヘ
リウムガス４１の出口である。
て液体ヘリウム容器１０に収納され、液体ヘリウム４に
浸漬されている超電導コイル１に接続されている。常温
端子２４は、一部だけを示す真空容器３の外部の大気中
にあって、端子金具２４２を介して図示されていない外
部電源に接続されている。出口管２４１は、後述するよ
うに電流リード２内の導体を冷却しながら昇ってきたヘ
リウムガス４１の出口である。
【０００６】低温側リード２２は、図２の断面図に示す
ように、筒状容器２２１とこれに同芯に配置された円柱
状の例えばビスマス系２２２３材等の高温超電導体２２
２とからなり、これらの間に中空部２２３があり、この
中空部２２３をヘリウムガス４１が流れることによって
高温超電導体２２２が超電導状態を保持する。ヘリウム
ガス４１は低温端子２１に設置された後述の流通孔から
電流リード２内に流入する。
ように、筒状容器２２１とこれに同芯に配置された円柱
状の例えばビスマス系２２２３材等の高温超電導体２２
２とからなり、これらの間に中空部２２３があり、この
中空部２２３をヘリウムガス４１が流れることによって
高温超電導体２２２が超電導状態を保持する。ヘリウム
ガス４１は低温端子２１に設置された後述の流通孔から
電流リード２内に流入する。
【０００７】高温側リード２３は、図２の断面図に示す
ように、筒状容器２３１とその中を通る導体束２３２と
から形成され、中空部２３３を冷却のためのヘリウムガ
ス４１が流れる。図３は、従来の高温超電導体電流リー
ドの部分垂直断面図を示す。図３において、高温超電導
体２２２は、下部が低温端子２１の接続金具２１２の穴
に挿入され、上部が中間接続金具２０の穴に挿入されて
それぞれ半田付けなどで電気的機械的に接続される。
ように、筒状容器２３１とその中を通る導体束２３２と
から形成され、中空部２３３を冷却のためのヘリウムガ
ス４１が流れる。図３は、従来の高温超電導体電流リー
ドの部分垂直断面図を示す。図３において、高温超電導
体２２２は、下部が低温端子２１の接続金具２１２の穴
に挿入され、上部が中間接続金具２０の穴に挿入されて
それぞれ半田付けなどで電気的機械的に接続される。
【０００８】筒状容器２２１もそれぞれ接続金具２１２
と中間接続金具２０と気密に接続されている。接続金具
２１２には、流通孔２１３が設けられていて、端子金具
２１１が配置される図２に示す液体ヘリウム容器１０と
中空部２２３とを連通しており、中間接続金具２０に
は、流通孔２０１が設けられていて、低温側リード２２
の中空部２２３と高温側リード２３の中空部２３３とを
連通しており、それぞれヘリウムガス４１が流れる構成
となっている。
と中間接続金具２０と気密に接続されている。接続金具
２１２には、流通孔２１３が設けられていて、端子金具
２１１が配置される図２に示す液体ヘリウム容器１０と
中空部２２３とを連通しており、中間接続金具２０に
は、流通孔２０１が設けられていて、低温側リード２２
の中空部２２３と高温側リード２３の中空部２３３とを
連通しており、それぞれヘリウムガス４１が流れる構成
となっている。
【０００９】図３の（ａ）は、低温側リード２２のＡ−
Ａ’矢視図の例で、高温超電導体２２２（ａ）が円柱形
で構成されているもので、図３の（ｂ）は、高温超電導
体２２２（ｂ）が円筒形で構成されているものを示す。
一般的に高温超電導体２２２の形状は円柱形、円筒形ま
たは平角形のものが多い。
Ａ’矢視図の例で、高温超電導体２２２（ａ）が円柱形
で構成されているもので、図３の（ｂ）は、高温超電導
体２２２（ｂ）が円筒形で構成されているものを示す。
一般的に高温超電導体２２２の形状は円柱形、円筒形ま
たは平角形のものが多い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
ている電流リードにおいては、低温側リードの高温超電
導体を冷却する冷媒の流速が遅い（隙間が大きい）の
で、効率的な冷却がなされていない（高温超電導体と冷
媒との熱交換が良くない）ため、冷媒流量の増大が必要
であった。
ている電流リードにおいては、低温側リードの高温超電
導体を冷却する冷媒の流速が遅い（隙間が大きい）の
で、効率的な冷却がなされていない（高温超電導体と冷
媒との熱交換が良くない）ため、冷媒流量の増大が必要
であった。
【００１１】また、高温超電導体が円筒形の場合に、高
温超電導体の外側だけ冷媒が流れ内側が冷却されない場
合も考えられる。さらに、高温超電導体がなんらかの原
因でクエンチ（超電導状態→常電導状態）が発生した場
合に、高温超電導体が常電導体に変化し電圧の急増によ
る発熱で損傷する恐れがあり、保護用導体（バイパス導
体）を設置する必要があるが、熱侵入量が増大するため
に高温超電導体を用いる効果が半減する。
温超電導体の外側だけ冷媒が流れ内側が冷却されない場
合も考えられる。さらに、高温超電導体がなんらかの原
因でクエンチ（超電導状態→常電導状態）が発生した場
合に、高温超電導体が常電導体に変化し電圧の急増によ
る発熱で損傷する恐れがあり、保護用導体（バイパス導
体）を設置する必要があるが、熱侵入量が増大するため
に高温超電導体を用いる効果が半減する。
【００１２】従って、本発明の課題は、高温超電導体を
効率的に冷却できる電流リードを提供することにある。
効率的に冷却できる電流リードを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】課題を解決するために、
高温超電導体を用いた高温側リードと低温側リードから
構成される電流リードにおいて、低温側リードの高温超
電導体の外周に板材を螺旋状に配置する。この場合の板
材は低熱伝導材で構成され、かつ高温超電導体がクエン
チした場合に電流をバイパスするためのバイパス導体と
板材が電気的に結合している。このため、電流バイパス
用の導体は螺旋状の構造となる。この場合の導体は、金
属材料および超電導体のいずれでもよい。これらの構成
により高信頼性の電流リードを提供するものである。
高温超電導体を用いた高温側リードと低温側リードから
構成される電流リードにおいて、低温側リードの高温超
電導体の外周に板材を螺旋状に配置する。この場合の板
材は低熱伝導材で構成され、かつ高温超電導体がクエン
チした場合に電流をバイパスするためのバイパス導体と
板材が電気的に結合している。このため、電流バイパス
用の導体は螺旋状の構造となる。この場合の導体は、金
属材料および超電導体のいずれでもよい。これらの構成
により高信頼性の電流リードを提供するものである。
【００１４】この場合のバイパス導体の一端は中間接続
部に、他端は低温端子に、共に電気的に接続される。ま
た、螺旋状の板材がバイパス導体を兼ねることも可能で
ある。
部に、他端は低温端子に、共に電気的に接続される。ま
た、螺旋状の板材がバイパス導体を兼ねることも可能で
ある。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を示す
高温超電導体電流リードの部分垂直断面図である。従来
の構成と同じ機能部品については、同符号とし説明は省
略する。従来の構成との相違点を以下に述べる。
高温超電導体電流リードの部分垂直断面図である。従来
の構成と同じ機能部品については、同符号とし説明は省
略する。従来の構成との相違点を以下に述べる。
【００１６】図１の（ａ）は、低温側リード２２のＡ−
Ａ’矢視図の例で、筒状容器２２１に同芯に配置され、
円柱形の高温超電導体２２２（ａ）の高温側は、中間接
続金具２０に電気的に接続され、他方は低温端子２１の
接続金具２１２に電気的に接続される。高温超電導体２
２２（ａ）の外周に、垂直断面図および図１の（ａ）に
示すように板材３００を螺旋状に配置する。また、別の
実施例として高温超電導体２２２（ｂ）が円筒形の場合
には、図１の（ｂ）に示すように、外側に板材３０１
を、内側に板材３０２を、共に螺旋状に配置する。板材
３００の材料としてはステンレス鋼材や強化プラスチッ
ク等の非磁性かつ低熱伝導性の特性を有するものが採用
される。
Ａ’矢視図の例で、筒状容器２２１に同芯に配置され、
円柱形の高温超電導体２２２（ａ）の高温側は、中間接
続金具２０に電気的に接続され、他方は低温端子２１の
接続金具２１２に電気的に接続される。高温超電導体２
２２（ａ）の外周に、垂直断面図および図１の（ａ）に
示すように板材３００を螺旋状に配置する。また、別の
実施例として高温超電導体２２２（ｂ）が円筒形の場合
には、図１の（ｂ）に示すように、外側に板材３０１
を、内側に板材３０２を、共に螺旋状に配置する。板材
３００の材料としてはステンレス鋼材や強化プラスチッ
ク等の非磁性かつ低熱伝導性の特性を有するものが採用
される。
【００１７】高温超電導体２２２の形状は円柱形、円筒
形、多角形または多角円筒形のいずれでもよく、また材
料としてはビスマス系、イットリウム系等の酸化物系高
温超超電導体で構成される。図１の（ｃ）は、板材３０
０とバイパス導体４００が結合している状態を示す斜視
図で、半田付けにより電気的に接続される場合もある。
形、多角形または多角円筒形のいずれでもよく、また材
料としてはビスマス系、イットリウム系等の酸化物系高
温超超電導体で構成される。図１の（ｃ）は、板材３０
０とバイパス導体４００が結合している状態を示す斜視
図で、半田付けにより電気的に接続される場合もある。
【００１８】バイパス導体４００の一端は中間接続部２
０に、他端は低温端子２１の接続金具２１２に、共に電
気的に接続される。また、螺旋状の板材３００がバイパ
ス導体を兼ねることも可能である。バイパス導体４００
の形状は丸断面、平角断面のいずれでもよく、また材料
としてはたとえばステンレス鋼材や金属系超電導線材等
が採用される。
０に、他端は低温端子２１の接続金具２１２に、共に電
気的に接続される。また、螺旋状の板材３００がバイパ
ス導体を兼ねることも可能である。バイパス導体４００
の形状は丸断面、平角断面のいずれでもよく、また材料
としてはたとえばステンレス鋼材や金属系超電導線材等
が採用される。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、高温超電導体を用いた
高温側リードと低温側リードから構成される電流リード
において、低温側リードの高温超電導体の外周に低熱伝
導率の板材を螺旋状に配置した構成であるため、冷媒流
路の断面積が減少するために冷媒の流速が増大し、高温
超電導体の外周の熱伝達が促進され、冷媒と高温超電導
体との熱交換率が向上し、極低温部への熱侵入量が低減
できる。
高温側リードと低温側リードから構成される電流リード
において、低温側リードの高温超電導体の外周に低熱伝
導率の板材を螺旋状に配置した構成であるため、冷媒流
路の断面積が減少するために冷媒の流速が増大し、高温
超電導体の外周の熱伝達が促進され、冷媒と高温超電導
体との熱交換率が向上し、極低温部への熱侵入量が低減
できる。
【００２０】また、高温超電導体の形状が円筒形の場
合、内側にも内周に板材を螺旋状に配置しているので、
外側のみに冷媒が流れるのを防止し、内側、外側の冷媒
の流速を均一化でき、効率的な冷却が可能となる。ま
た、何らかの原因で高温超電導体がクエンチした場合に
電流がバイパスして流れるように、板材がバイパス導体
を兼用してもよい。
合、内側にも内周に板材を螺旋状に配置しているので、
外側のみに冷媒が流れるのを防止し、内側、外側の冷媒
の流速を均一化でき、効率的な冷却が可能となる。ま
た、何らかの原因で高温超電導体がクエンチした場合に
電流がバイパスして流れるように、板材がバイパス導体
を兼用してもよい。
【００２１】バイパス導体も螺旋状の構造とすることに
より、冷媒と高温超電導体との熱交換率が向上し、効率
的な冷却ができ、結果として従来に比べ少ない冷媒流量
で冷却が可能となる。板材がバイパス導体を兼用しない
場合には、別途バイパス導体を板材で支持した状態（螺
旋状のバイパス導体）で高温超電導体の外周に配置して
あるため、高温超電導体がクエンチした場合の損傷を防
止でき、高信頼性の電流リードを提供することができ
る。
より、冷媒と高温超電導体との熱交換率が向上し、効率
的な冷却ができ、結果として従来に比べ少ない冷媒流量
で冷却が可能となる。板材がバイパス導体を兼用しない
場合には、別途バイパス導体を板材で支持した状態（螺
旋状のバイパス導体）で高温超電導体の外周に配置して
あるため、高温超電導体がクエンチした場合の損傷を防
止でき、高信頼性の電流リードを提供することができ
る。
【図１】この発明の一実施例を示す高温超電導体電流リ
ードの部分垂直断面図。
ードの部分垂直断面図。
【図２】従来の高温超電導体電流リードを使用した超電
導装置の概要図。
導装置の概要図。
【図３】従来技術による高温超電導体電流リードの部分
垂直断面図。
垂直断面図。
１…超電導コイル、２…電流リード、４…液体ヘリウ
ム、２０…中間接続金具、２１…低温端子、２２…低温
側リード、２３…高温側リード、２４…常温端子、４１
…ヘリウムガス、２２１…筒状容器、２２２（ａ）…円
柱形高温超電導体、２２２（ｂ）…円筒形高温超電導
体、３００，３０１，３０２…板材、４００…バイパス
導体。
ム、２０…中間接続金具、２１…低温端子、２２…低温
側リード、２３…高温側リード、２４…常温端子、４１
…ヘリウムガス、２２１…筒状容器、２２２（ａ）…円
柱形高温超電導体、２２２（ｂ）…円筒形高温超電導
体、３００，３０１，３０２…板材、４００…バイパス
導体。
Claims (4)
- 【請求項１】真空断熱容器内に収納され液体ヘリウムに
浸漬された超電導コイルに外部電源から励磁電流を通電
する電流リードにおいて、該電流リードは高温側リード
と低温側リードとから構成され、前記低温側リードの高
温超電導体の外周に板材を螺旋状に配置したことを特徴
とする電流リード。 - 【請求項２】真空断熱容器内に収納され液体ヘリウムに
浸漬された超電導コイルに外部電源から励磁電流を通電
する電流リードにおいて、該電流リードは高温側リード
と低温側リードとから構成され、前記低温側リードの高
温超電導体の内側および外側に板材を螺旋状に配置した
ことを特徴とする電流リード。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の電流リー
ドにおいて、螺旋状の板材を低熱伝導体で構成したこと
を特徴とする電流リード。 - 【請求項４】請求項１または請求項２に記載の電流リー
ドにおいて、螺旋状の板材がバイパス導体を兼ねるこ
と、または前記板材でバイパス導体を支持する構成とし
たことを特徴とする電流リード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233837A JPH1079303A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 電流リード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8233837A JPH1079303A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 電流リード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1079303A true JPH1079303A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16961349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8233837A Pending JPH1079303A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 電流リード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1079303A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100390906C (zh) * | 2005-07-08 | 2008-05-28 | 清华大学 | 超导储能磁体的电流引线结构 |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP8233837A patent/JPH1079303A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100390906C (zh) * | 2005-07-08 | 2008-05-28 | 清华大学 | 超导储能磁体的电流引线结构 |
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