JPS6032374A - 超電導電磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は永久電流スイッチと着脱電流リードとを備え、
着脱電流リードからの熱侵入を少なくすると共に小形化
を可能にした超電、導電、磁石装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

第１図に従来の超電導電磁石装置を示す。超電導線を巻
回して成る超電導コイル（１）はヘリウム容器（２）内
に貯えた４、２に程度の極低温の液体ヘリウム（３）中
に浸漬されている。ヘリウム容器（２）は真空空間（４
）中に設けて８０に程度の極低温の液体窒素（５ａ）を
２重壁間に貯え冷却さルた２重壁容器状の輻射シールド
（５）ヲ介して真空容器（６）内に収納される。定常状
態における超電導コイル（１）は永久電流スイッチ（刀
で短絡状態とすることにより永久電流が流れ、強磁界を
発生している。超電導コイル（１）の励磁および減磁は
、矢印入方向、即ち上下方向に着脱電流リード（８）を
移動できるようにしておき、この着脱電流リード（８）
を下げて通電用着脱部材（９）と結合させ、永久電流ス
イッチ（７）全開放状態とした後、外部電源００１の操
作にょ９行なゎ几る。

尚１第１図において電流通路は単線にて示したが往復の
２本の線を有するものである。一本装置のように永久電
流による超電導電磁石の運転の特徴は、着脱電流リード
（８）と超電導コイル（１）とを機械的に切離すことに
より、着脱電流リード（８）で発生するジュール熱およ
び伝導熱が液体ヘリウム（３）へ侵入することを断ち、
それにより液体ヘリウム（３）の蒸発量を軽減させるこ
とにある。

さて、本装置の定常状態（第１図の状態）における着脱
電流リード（８）の先端は、低温のガスヘリウム（３ａ
）中にあるため、着脱電流リード（８）からの伝導熱が
ガスヘリウム（３ａ）に伝達され、さらにその熱はガス
ヘリウム（３ａ）の対流により液体ヘリウム（３）に伝
えられて液体ヘリウム（３）全蒸発させていた。この場
合の着脱電流リード（８）の伝導熱ｆｆＱは次式で表わ
される。

Ｑ＝λ・　Ｌ（ＴＨＴＬ） ここで λ：着脱電流リードの熱伝導率 Ｓ：着脱電流リードの断面積 Ｌ：着脱電流リードの長さ Ｔ鱈着脱電流リードの高温端温度 ＴＬ：着脱電流リードの低温端温度 である。従って、伝導熱量を少なくするためには、着定
電流リード（８）の低温端温度を高温端温度へ近づける
必要があり、そのためには、着脱電流リード（８）の移
動距離を犬きくする必要がある。一般にこのような着脱
電流リードの長さは１〜２ｍは必要であるから、移動距
離も１〜２ｍになり、ベローズ（６ａ）は長尺寸法が必
要であると共に、着脱電流リード（８）の高温端が異常
に上方へ突出し、装置の小形化の弊害となっていた。

一方、励磁又は減磁の際に、４．２に程度の極低温に冷
却された通電用の着脱部材（９）と着脱電流リード（８
）とを結合させる場合、着脱電流リード（８）の保持熱
量のため、この熱量分の液体ヘリウム（３）を蒸発しな
けｎばならず、前述の低温端源一度を高温に保つことへ
の相反が生じ、液体ヘリウム（３）の蒸発量が多くなる
欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は定常時の液体ヘリウムへの熱侵入量を大幅に軽
減すると共に、励磁又は減磁するときの着脱電流リード
を通電用着脱部材に接続した場合の液体ヘリウムの蒸発
量を軽減できる超電導電磁石装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

本発明においては、超電導コイルをヘリウム容器内に貯
えた液体ヘリウム中に浸漬し、ヘリウム容器は輻射シー
ルドを介して真空容器内に収納し、外部電源から真空容
器全貫通して着脱電流リードを真空容器封止用ベローズ
に係合しながら超電導コイルの通電用着脱部材に着脱自
在に配設し、着脱部材を短絡する永久電流スイッチを備
えた超電導電磁石装置において、着脱電流リードおよび
通電用着脱部材の着脱部をヘリウム容器外の真空中に設
け、かつ着脱電流リードの真空容器内の部分を冷却する
冷却装置を設けたことに特徴を有するもので、着脱部を
ヘリウム容器外の真空中に設けたことで、着脱部を脱状
態にすれば熱侵入経路が遮断されて熱侵入が少なくなり
、又、着脱電流リードと通電用着脱部材との着脱部は真
空中にあることから電気的および熱的遮断のためには、
着脱電流リードを数（２）だけ移動させればよいので、
着脱電流リード移動用のベローズ全長尺にする必要がな
く、安価で小形化した超電導電磁石装置とすることがで
きるものである。

〔発明の実施例〕

実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について第２図を参照して
説明する。超電導コイル（１）をヘリウム容器（２）内
に貯えた液体ヘリウム（３）中に浸漬し、ヘリウム容器
（２）は真空空間（４）中に設けて液体窒素（５ａ）を
２重壁間に貯え冷却された２重壁容器状の輻射シールド
（５）を介して真空容器（６）に収納し、超電導コイル
（１）は永久電源スィッチ（力で短絡し得るようにする
ところまでは第１図に示した従来構造と同様である。し
かして本実施例においては、ヘリウム容器（２）ヲ密閉
状にして、その外部の真空空間（４）中に通電用の着脱
部材（９）を設ける。この着脱部材（９）に着脱する着
脱電流リード（８）は真空封止するベローズ（６ａ）を
介して真空容器（６）を貫通し、着脱部材（９）に着脱
自在に配設する。そして銅又はアルミニウム等からなる
平網線状のサーマルアンカ（５ｂ）にて輻射シールド（
５）と着脱電流リード（８）の真空容器内中間部とを連
結して、着脱電流リードの冷却装置とする。着脱電流リ
ード（８）は図示しない２本の導体を絶縁被覆して棒状
にしたものであり、サーマルアンカ（５ｂ）は複数本と
し、前記絶縁被覆を介して着脱電流リード（８）に固着
してもよいし、多少摺動するようにしてもよいが、十分
な可撓性と伝熱性とを有するものである。そして、着脱
電流１ノード（８）の上端には外部電源θ０を接続し、
通電用着脱部材（９）は永久電流スイッチ（７）を介し
て超電導コイル（１）に接続しである。これらの接続線
は単線で図示しであるが、往復の２本の線から成ること
は勿論である。

次に作用について説明する。

超電導コイル（１）全励磁又は減磁する場合は、着脱電
流リード（８）を下方へ移動させ、通電用着脱部材（９
）に結合し、永久電流スイッチ（７）全開状態とした後
、外部電源（１０）を操作し、適宜励磁又は減磁して適
当な電流を流し、所望の強磁界を発生させる。

その後、永久電流スイッチ（７）を閉じて超電導コイル
（１）を短絡状態にすれば、永久電流により所望の強磁
界が保持される。その後、着脱電流１ノード（８）を上
方に移動させ、着脱部材（９）との結合をはずし、定常
運転状態とする。

定常運転状態においては、着脱電流リード（８）から液
体ヘリウム（３）への熱侵入量は、着脱電流リード（８
）の着脱部側が真空中にあり、熱−入路が遮断されてい
るので、はとんど零である。着脱電流リード（８）の移
動距離は着脱部が真空中であるので、８ｃｍ移動させる
だけでよい。従ってベローズ（６ａ）全長尺にする必要
はなく、短かいストロークで充分なため、小形で安価に
なる。又、着脱電流リード（８）は輻射シールド（５）
で冷却されたサーマルアンカ（５ｂ）で冷却しているた
め、着脱電流リード（８）の温度を低く保持できる。こ
のことは着脱電流リード（８）と通電用着脱部側（９）
との結合時に生ずる液体ヘリウム（３）の蒸発を大幅に
軽減できることになる。

即ち、例えば着脱電流リードの結合端温度を従来で３０
０に、本実施例で８０にと仮定すれば、液体ヘリウム（
３）の蒸発量全大幅に軽減できることが明らかである。

しかして本実施例により輻射シールド（５）への熱侵入
量は増加するが、輻射シールド（５）を冷却する液体窒
素（５ａ）は、液体ヘリウム（３）に比較して１１５程
度の非常に安価なものであること、蒸発潜熱が１０倍程
度であることから、はとんど問題にならないものである
。

実施例２ 第３図に第２の実施例を示す。こ几は、実施例１のサー
マルアンカ（５ｂ）　ｋやめて、その代りに着脱電流リ
ードの冷却装置として、可撓性のある冷却配管（１１１
を用いて真空容器（６）を貫通して着脱電流リード（８
）の中間部に装着し、その冷却配管０１）内部に枠低温
冷媒として液体窒素を流通させるようにしたものである
。

この場合の冷却配管（１１１内への液体窒素の流通は、
着脱電流リード（８）を通電用着脱部材（９）に結合す
る直前から始め、励磁終了後、永久電流スイッチ（７）
を閉じ、着脱電流リード（８）と通電用着脱部材（９）
との結合をはずした直後進行なればよい。

このようにすると、実施例１と同じ作用効果が得らルる
ほか、定常運転時には着脱室流リード（８）を冷却しな
いから、輻射シールド（５）への熱侵入が軽減されるの
で、定常運転が長時間違けられる場合に、輻射シールド
の液体窒素（５ａ）の消費量が少なくてすむ効果が加わ
る。

実施例３ 第４図に第３の実施例を示す。これは実施例１のサーマ
ルアンカ（５ｂ）　’にやめ、着脱電流リード（８）は
直接真空容器（６）を貫通させて取付けると共に、その
真空容器内の部分音ら旋状にして可撓性を持たせ、その
先端をガラスファイバー系の強化プラー　スチック製の
棒のような熱伝導率の小さい操作棒Ｃ１２１の下端に取
付ける。操作棒ａ渇は真空容器（６）の上部を貫通して
真空封土用のベローズ（６ａ）に取付け、上下移動でき
るようにする。そして液体窒素（５ａ）で冷却さｎ′ｆ
ｃ輻射シールド（５）によって冷却された銅板又はアル
ミニウム板のような伝熱性のよい材料から成る保持冷却
部材（１３１で着脱１δ１流リード（８）の中間部を保
持冷却させるものである。

このようにすると、実施例１と同じ作用効果が得られる
ほか、着脱電流リード（８）に直接力をかけて操作しな
くてもすむから安全性が増す効果が加わる。

〔発明の効果〕

流リードおよび通電用着脱部材全ヘリウム容器外の真空
中に設けたことで、着脱部を脱状態にすれば熱侵入経路
が遮断されて熱侵入が少なくなり、又、着脱電流リード
と通電用着脱部材との着脱部は真空中にあることから電
気的および熱的遮断のためには、着脱電流リードを数釧
だけ移動させればよいので、着脱電流リード移動用のベ
ローズ全長尺にする必要がなく、安価で小形化した超電
導′ａ磁石装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超電導電磁石装置を示す縦断面図、第２
図ないし第４図はそｎぞれ異なる本発明の超電導電磁石
装置の実施例を示す縦断面図である。 １・・・超電導コイル　２・・・ヘリウム容器３・・・
液体ヘリウム　４・・・真空空間工 ５・・・輻射シールド　５ａ・・・（ケ低暉冷媒である
液体窒素５ｂ・・・サーマルアンカ　６・・・真空容器
６ｂ・・・ベローズ　７・・・永久電流スイッチ８・−
・着脱電流リード　９・・・通電用着脱部材１０・・・
外部電源　１１・・；冷却配管１２・・・操作棒　１３
・・・保持ぺ却部材代理人　弁理士　井　上　−男 第　１　図 ′ｒ／′７ 第　２　図 ＄７−″β 第　３　図 トθ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導コイルをヘリウム容器内に貯えた液体ヘリ
   ウム中に浸漬し、ヘリウム容器は輻射シールドを介して
   真空容器内に収納し、外部電源から真空容器を貫通して
   着脱電流リードを真空容器封止用ベローズに係合しなが
   ら超電導コイルの通電用着脱部材に着脱自在に配設し、
   着脱部材を短路する永久電流スイッチを備えた超電導電
   磁石装置において、着脱電流リードおよび通電用着脱部
   材の着脱部をヘリウム容器外の真空中に設け、かつ着脱
   電流リードの真空容器内の部分を冷却する冷却装置を設
   けたことを特徴とする超電導電磁石装置。
2. （２）冷却装置は極低温冷媒で冷却さ几た輻射シールド
   と着脱電流リードの真空容器内中間部とを連結する可撓
   性と伝熱性を有するサーマルアンがとしたことを特徴と
   する特許請求の範匣第１項記載の超電導電磁石装置。
3. （３）冷却装置は着脱電流リードの真空容器内中間部に
   装着した可撓性を有し内部に極低温冷媒を流通させた冷
   却配管としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超電導電磁石装置０（４）着脱電流リードは可撓性
   を持たせて、真空容器 器封止申ベローズを介して真空容器内に進退可能に取付
   けた操作棒に保持させ、冷却装置はイヴ低温冷媒で冷却
   された輻射シールドに取付けらルて着脱電流リードの中
   間部を保持冷却する保持冷却部材としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超電導電磁石装置。